Principios Fundamentales del Magnetismo y la Electrostática en Conductores

Fenómenos Magnéticos

Diamagnetismo

El **diamagnetismo** aparece en todas las **sustancias**, pero es un efecto débil que solo es apreciable si no se da ninguna otra propiedad magnética. Las sustancias con este comportamiento no poseen momentos magnéticos atómicos naturales. Un campo magnético altera el movimiento de los electrones en los átomos de cualquier sustancia sumergida en él, modificando los momentos magnéticos atómicos. En estas sustancias, esto da lugar a **momentos magnéticos inducidos opuestos al campo externo**.

Paramagnetismo

Las sustancias **paramagnéticas** poseen **dipolos magnéticos atómicos no nulos**. En ausencia de un campo **B** externo, dichos dipolos están orientados al azar debido a la agitación térmica. La sustancia entonces no presenta momento magnético global. Con un campo **B** externo, los dipolos se orientan **paralelos al campo**; el grado de orientación depende de la intensidad del campo y de la temperatura causante de la agitación térmica.

Saturación Magnética

La **saturación magnética** ocurre cuando los dipolos se orientan **paralelos al campo** si este es muy intenso o la temperatura muy baja.

Ferromagnetismo

El **ferromagnetismo** aparece en **sólidos cristalinos** con dipolos magnéticos no nulos que interactúan con los dipolos magnéticos próximos debido a la **interacción de intercambio**.

Dominios Magnéticos

Esta interacción da lugar a que existan regiones del material con todos sus dipolos alineados (**saturación magnética**). Estas regiones se denominan **dominios magnéticos**.

Propiedades de los Conductores en Equilibrio Electrostático

Campo Eléctrico en el Interior

Un campo externo desplaza las cargas libres en un conductor. El conductor llega al equilibrio cuando las cargas alcanzan una distribución estable (estacionaria). En esta situación, el campo debido a la redistribución de cargas compensa el campo externo y el campo interior del conductor en equilibrio es **E_int = 0**.

Potencial del Conductor

Como en equilibrio **E_int = 0**, todos los puntos del conductor están al mismo potencial. Por lo tanto, **V_equilibrio = constante**.

Distribución de Cargas en Exceso

Como en equilibrio **E_int = 0**, con la Ley de Gauss se obtiene que en un conductor en equilibrio toda la carga en exceso está en la superficie del conductor. Es decir, **Q_enc = 0** en el interior.

Las cargas no se distribuyen uniformemente en la superficie del conductor. La **densidad de carga** depende de la **curvatura de la superficie** en cada punto.

Campo en la Superficie

La dirección del campo en los puntos muy próximos a la superficie del conductor en equilibrio es **perpendicular a la superficie**, que es una superficie equipotencial. El módulo del campo en puntos próximos a la superficie es **E = σ / ε₀**.

Capacidad Eléctrica

Si se considera **V_infinito = 0**, el potencial de un conductor es proporcional a su carga y depende solo de la forma y tamaño del conductor. A la relación entre la carga y el potencial de un conductor se le denomina **capacidad del conductor**, y es característica de él. Se define como **C = Q/V**. La capacidad se mide en **Faradios (F)**.

Energía Potencial Electrostática

La **energía potencial electrostática** que almacena un conductor cargado es igual al trabajo empleado para cargarlo. Si en un instante la carga del conductor es *q* y su potencial *V*, y se añade una nueva carga *dq*, se realiza un trabajo *dW = dqV*. Entonces, el trabajo total hasta cargarlo con una carga *Q* es **U_conductor = 1/2 CV²**.