Conductores y capacitancia
Los conductores reorganizan su carga libre de modo que el campo en el interior desaparece; la capacitancia mide cuánta carga almacena un sistema por unidad de diferencia de potencial.
Definition
Un conductor es un material con cargas móviles que se redistribuyen hasta que el campo electrostático interior es cero; la capacitancia es la relación entre la carga almacenada y la diferencia de potencial que la mantiene, una propiedad puramente geométrica para una configuración de conductor dada.
Scope
Este tema abarca el comportamiento electrostático de los conductores —campo interior nulo, carga superficial, campo superficial perpendicular y superficies equipotenciales— junto con la carga inducida, el apantallamiento electrostático y la definición y el cálculo de la capacitancia para condensadores y sistemas de conductores. Incluye la energía almacenada en los condensadores y el método de los coeficientes de capacitancia.
Core questions
- ¿Cómo se distribuye la carga en los conductores mantenidos a potenciales fijos?
- ¿Por qué el campo desaparece dentro de un conductor y actúa como un escudo?
- ¿Qué determina la capacitancia de una geometría de conductor dada?
Key concepts
- conductor
- densidad de carga superficial
- carga inducida
- apantallamiento electrostático
- jaula de Faraday
- capacitancia
- energía del condensador
Key theories
- Equilibrio electrostático de los conductores
- En un conductor, el campo en el interior es cero, la superficie es una equipotencial, el campo justo fuera es perpendicular a la superficie, y cualquier carga neta reside en la superficie.
- La capacitancia como magnitud geométrica
- Para una disposición fija de conductores, la relación entre la carga y la diferencia de potencial es constante, determinada enteramente por la geometría y la permitividad del medio circundante, generalizándose a una matriz de coeficientes de capacitancia para muchos conductores.
Clinical relevance
La capacitancia y la electrostática de los conductores rigen el diseño de condensadores y pantallas táctiles, el apantallamiento electrostático de instrumentos sensibles, el almacenamiento de energía de los desfibriladores y la biodetección capacitiva.
History
La botella de Leyden, ideada independientemente por von Kleist y van Musschenbroek alrededor de 1745, fue el primer condensador práctico. Los experimentos de Faraday en el siglo XIX con la jaula metálica demostraron el apantallamiento, y la unidad de capacitancia, el faradio, recibió su nombre en su honor.
Key figures
- Michael Faraday
- Ewald Georg von Kleist
- Pieter van Musschenbroek
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- griffiths2017
Frequently asked questions
- ¿Por qué una jaula de Faraday bloquea los campos eléctricos externos?
- Las cargas en la superficie del conductor se reorganizan para cancelar cualquier campo externo dentro de la cavidad cerrada, por lo que una carcasa conductora conectada a tierra o cerrada protege su interior de campos externos estáticos y de muchos campos variables en el tiempo.
- ¿Aumenta la capacitancia al insertar un dieléctrico?
- Sí; un dieléctrico se polariza y cancela parcialmente el campo, por lo que una carga dada produce una diferencia de potencial menor, aumentando la capacitancia por la permitividad relativa del material.