El campo eléctrico en la materia
Capítulo 3: EL CAMPO ELÉCTRICO EN LA MATERIA Los conductores, los semiconductores y los dieléctricos Los sólidos cristalinos, los policristalinos y los amorfos El dipolo eléctrico La polarización La generalización de la ley de Gauss Los dieléctricos lineales, isotrópicos y homogéneos La densidad de energía del campo eléctrico Las condiciones de frontera para D y E Las ecuaciones de Maxwell para la electrostática en medios materiales
Introducción
La electrostática en el vacío Las cargas eléctricas son “libres”. Las podemos poner y quitar; tenemos control sobre ellas. Los conductores son sencillos. Sus propiedades hacen que solo aparezcan como condiciones a la frontera.
La ecuación de Laplace
Los conductores, los semiconductores y los dieléctricos
Conductores, semiconductores y dieléctricos Ofrece poca resistencia al flujo de la corriente eléctrica Dieléctrico o aislante Ofrece una alta resistencia al flujo de la corriente eléctrica Semiconductor Conductividad intermedia entre el conductor y el aislante
Conductores, semiconductores y dieléctricos
Conductores, semiconductores y dieléctricos La conductividad depende de la temperatura
Conductores Tienen una gran cantidad de portadores de carga libres 1022 portadores/cm3 En el caso de los sólidos comúnmente son metales y los portadores son electrones En el caso de los líquidos y los gases los portadores son iones
Semiconductores Tienen una cantidad moderada, y controlable, de portadores de carga libres De 106 a 1020 portadores/cm3 Silicio, Germanio, Selenio, Galio, entro otros Su conductividad se puede modificar con la adición de “impurezas”
Dieléctricos o aislantes Tienen pocos portadores carga libres Menos de 106 portadores/cm3 Diamante, vidrio Sus moléculas pueden ser polares o no polares Estudiaremos los dieléctricos lineales, isotrópicos, homogéneos El Al2O3 tiene una resistividad de 1014 Ω cm
Los dieléctricos No polares Polares Las moléculas que forman el sólido no tienen un momento dipolar permanente Polares Las moléculas que forman el sólido tienen un momento dipolar permanente
Los sólidos cristalinos, los policristalinos y los amorfos
Sólidos cristalinos, policristalinos y amorfos Sólido cristalino Estructura ordenada acotada por superficies planas suaves arregladas simétricamente Sólido policristalino Formado por secciones cristalinas macroscópicas con diferentes orientaciones Sólido amorfo No presenta ningún arreglo u orden
Sólidos cristalinos Azúcar
Sólidos cristalinos Pirita
Sólidos cristalinos Idocrasia siberiana
Sólidos cristalinos Diamante
Sólidos cristalinos Berilio
Sólidos cristalinos Alótropos del Carbono
El dipolo eléctrico
Los dieléctricos No polares Polares Las moléculas que forman el sólido no tienen un momento dipolar permanente Polares Las moléculas que forman el sólido tienen un momento dipolar permanente
Molecula polar - + +
El campo eléctrico en la materia La electrostática de los medios materiales Los dieléctricos sí producen campos. Sus cargas están ligadas. No podemos hacer nada con ellas. El campo polariza el material. Esa polarización modifica el campo, que a su vez vuelve a cambiar la polarización. Y así sucesivamente hasta que se llega a un equilibrio. Los dieléctricos se polarizan
El campo eléctrico de un dipolo
El campo eléctrico de un dipolo
El campo eléctrico de un dipolo
El campo eléctrico de un dipolo
El campo eléctrico de un dipolo
El campo eléctrico de un dipolo
El campo eléctrico de un dipolo
El potencial eléctrico de un dipolo
El potencial eléctrico de un dipolo
El potencial eléctrico de un dipolo
El potencial eléctrico de un dipolo
derivado del potencial El campo de un dipolo derivado del potencial
derivado del potencial El campo de un dipolo derivado del potencial
derivado del potencial El campo de un dipolo derivado del potencial
derivado del potencial El campo de un dipolo derivado del potencial
Energía de un dipolo eléctrico en un campo externo
Momento o torque de una fuerza Eje
Torque de un dipolo eléctrico en un campo externo
Torque de un dipolo eléctrico en un campo externo
El dipolo eléctrico
Capacitancia
Los capacitores Un capacitor (también llamado condensador) es un dispositivo que almacena energía en el campo eléctrico creado entre un par de conductores en los cuales se han colocado cargas iguales pero de signo opuesto
Capacitancia
Capacitancia
Capacitor de placas paralelas
Capacitor de placas paralelas
Capacitor de placas paralelas
Capacitor de placas paralelas
Capacitor de placas paralelas
Capacitor de placas paralelas
Capacitancia de una esfera
Capacitancia de una esfera