¿Cualquier objeto colocado en un campo eléctrico cambia el campo eléctrico?

Question

Digamos que tengo una carga puntual de magnitud $+q$ , A su alrededor tendría un campo eléctrico radial simétrico. Ahora bien, si coloco un objeto neutro, digamos una esfera (no importa que sea aislante o conductora) en este campo a cierta distancia de la carga puntual. Se inducirá una carga negativa en el objeto cerca del punto de carga y una carga positiva en el lado opuesto.

Por muy pequeña que sea esta carga inducida, debido a la distancia radial de los dos (positivo y negativo) debe haber un aumento/disminución del campo eléctrico neto a ambos lados del objeto y, sobre todo, ¡en todas las demás partes también!

Espero que lo que estoy pensando sea erróneo, porque no nos han enseñado que cualquier cosa colocada en el campo eléctrico afectaría al propio campo independientemente de su naturaleza. Pero no puedo averiguar qué estoy pensando mal, ¿cómo resolver este dilema?

Answer 1

Si el material colocado en el campo de la carga positiva es un conductor, el campo se distorsionará y el método para ver el campo es el método de carga de imágenes . Dependerá de las condiciones de contorno.

Para una esfera conductora conectada a tierra

Líneas de campo fuera de una esfera conectada a tierra para una carga colocada fuera de una esfera.

Para un conductor no conectado a tierra:

Esta ilustración muestra un conductor esférico en equilibrio estático con un campo eléctrico originalmente uniforme. Las cargas libres se mueven dentro del conductor, polarizándolo, hasta que las líneas de campo eléctrico son perpendiculares a la superficie. Las líneas de campo terminan en un exceso de carga negativa en una sección de la superficie y comienzan de nuevo en un exceso de carga positiva en el lado opuesto. En el interior del conductor no existe ningún campo eléctrico, ya que las cargas libres en el conductor seguirían moviéndose en respuesta a cualquier campo hasta que éste se neutralizara.

Si el campo es creado por una carga puntual, la geometría cambiará pero la física es la misma.

Si tienes una carga puntual positiva y traes a su campo un dieléctrico, entonces las líneas de campo cambiarán de nuevo dependiendo de constantes como :

Figura 6.6.6 Electricidad intensidad de campo en y alrededor de la barra dieléctrica de la Fig. 6.6.5 para (a) e_b > a y (b) e_b< e_a.

Una vez más, podemos imaginar los cambios geométricos de un campo a partir de una esfera.

En resumen, el campo se distorsiona con la presencia de materia, de forma diferente para un conductor o un dieléctrico .

Answer 2

No entiendo muy bien por qué tienes un problema con esto: cada carga estática es una fuente o un drenaje del campo eléctrico, dependiendo de su signo. Así que obviamente el campo de una sola carga en el origen será diferente del campo de tres cargas o de cualquier otra configuración.

El potencial eléctrico de tal conjunto de cargas puntuales $q_i$ en un punto específico, medido por un observador sin carga, será $$\Phi(\vec r) = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \cdot \sum_i \frac{q_i}{\left| \vec r - \vec r_i \right|}$$ En este punto, en lugar de evaluar la suma se puede hacer un expansión multipolar $$\Phi(\mathbf r) = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0} \left( \frac{Q}{r} + \frac{\mathbf r \cdot \mathbf p}{r^3} + \frac{1}{2} \sum_{k,l} Q_{kl} \frac{r_k \cdot r_l}{r^5}+... \right),$$ que es esencialmente una serie de Taylor de ${\left| \vec r - \vec r_i \right|}^{-1}$ . A partir de ahí, se obtendrá el campo eléctrico tomando el gradiente del potencial aproximado.

Answer 3

La respuesta correcta es la siguiente: cuando un punto cargado se coloca en el campo eléctrico que generan otros objetos cargados distintos de la partícula cargada en cuestión. Entonces podemos utilizar la fórmula $F=qE$ para calcular la fuerza actuada sobre el punto cargado. Pero no todas las partículas cargadas de tamaño finito pueden aproximarse como un "punto cargado".