Conductores

Conductores
Conductores eléctricos
1 Introducción: Conductores y aislantes.
Introducción: Conductores aislantes
2 Conductores en equilibrio electrostático.
3 Casos de interés de conductores en equilibrio electrostático.
4 Ruptura dieléctrica
Ruptura dieléctrica

BIBLIOGRAFÍA:.
-Tipler-Mosca. "Física". Cap. 23-24, vol 2 5ª ed.
-Serway-Jewett. "Física". Cap.20 . Vol 2. 2ª ed.
TAREAS:
•Estudio del tema expuesto en clase con ayuda de de la bibliografía.
• Tened presente que no se va a tratar todo lo expuesto en los capítulos de la bibliografía
recomendada.
• Realización de los ejercicios y problemas propuestos.

M.A.Monge / B.Savoini

Dpto. Física UC3M

1

Conductores
Conductores y aislantes
En los átomos los electrones se encuentran en órbitas que ocupan Estados oniveles de energía permitidos
Carbono

Hidrógeno
1s2

1s2 2s2 2p2
p

+
+6

Los electrones de átomos distintos se encuentran en los orbitales permitidos. Los orbitales se
ocupan de los niveles de energía más b ajas a los más altos según aumenta el número de
electrones en los átomos.
M.A.Monge / B.Savoini

Dpto. Física UC3M

2

Los sólidos están formados por átomos queinteraccionan entre sí. En esta interacción los orbitales electrónicos más externos
(los de mayor energía) se pueden mezclar con los orbitales de los átomos vecinos, dando lugar a las bandas de energía
continuas en las que se pueden mover los electrones, bandas de conducción, y regiones de energía prohibidas, banda
prohibida, donde no puede haber ningún electrón.

Banda de
conducción

Nivelesocupados
Conductores

Aislantes

S
Semi-conductores
u

Energía

N i v e le s v a c í o s

2p²

Átomos
libres

Banda
prohibida

2s ²
Banda de
de
valencia

distancia
M.A.Monge / B.Savoini

Dpto. Física UC3M

3

El modelo descrito anteriormente se llama, modelo de las bandas de energía. Hay
regiones continuas permitidas y regiones prohibidas de energía para loselectrones
del material.

Banda de
conducción

Banda
prohibida

Banda de
valencia

BC
Egap~10 eV

BV
Aislante

M.A.Monge / B.Savoini

BC

BC

Eg ~ 1 eV

BV
Semiconductor
Dpto. Física UC3M

BV
Conductor
4

Uno se puede imaginar un conductor como una esponja mojada. La parte sólida
de las esponja la forman los cationes, y confieren rigidez al sólido. Los electrones
soncomo el líquido que se mueve libremente por el interior de la esponja. A los
electrones que se mueven libremente se les llama electrones libres o de
conducción.

M.A.Monge / B.Savoini

Dpto. Física UC3M

5

Conductores
Conductores en equilibrio electrostático
Las propiedades descritas de un conductor en equilibrio se explican de forma sencilla
teniendo en cuenta la ingente cantidadde electrones libres que tiene cualquier pedazo
macroscópico de un metal (del orden del número de Avogradro ) ∼6.02×1023.

Los electrones libres se mueven
por el interior del material
libremente, confiriendo a los
conductores sus propiedades.

M.A.Monge / B.Savoini

Dpto. Física UC3M

6

El
El campo eléctrico y las distribuciones netas de carga en un conductor
eléctrico encondiciones de equilibrio electrostático cumplen:

1. El campo eléctrico es nulo en el interior del conductor.
2. La densidad volumétrica de carga es nula.
3. Toda la carga eléctrica neta está en la superficie.
4. Al ser nulo el campo eléctrico, el potencial electrostático es constante.
5. El campo eléctrico en puntos próximos al conductor es perpendicular
a la superficie.
6. Campo eléctrico enla superficie de un conductor es

r σr
E = un

ε0

Es sencillo demostrar estos resultados. Estudiemos algún caso.
M.A.Monge / B.Savoini

Dpto. Física UC3M

7

Campo eléctrico en la superficie de un conductor
Aplicando la ley de Gauss es fácil calcular el campo
eléctrico justo en la superficie del conductor.

S

r
E

σ

r
E=0

Conductor

r r r r QQTotalencerrada en S...