Introducción
La distribución de las cargas de potencial eléctrico se basa en una magnitud escalar que nos
permite obtener una medida del campo eléctrico en dicho punto a través de la energía
potencial electrostática que adquiriría una carga si la situásemos en ese punto.
Por lo consiguiente va enfocado con lo que es la electrostática cuyo principal objetivo es
estudiar las cargas eléctricas en movimiento a través de los conductores.
Por otra parte se enfoca en lo que es un cuerpo resistivo que en el cual se puede definir como
la dificultad que encuentra la corriente a su paso por él.
Flujo de carga eléctrica
Para que exista una corriente eléctrica es
necesario que las cargas eléctricas estén
sometidas a un campo eléctrico, de tal
manera que éste origine la fuerza necesaria
para que las cargas adquieran un
movimiento definido. La carga fluye
cuando hay una diferencia de potencial
entre los extremos de un conductor. Cuando
en los extremos de un conductor de
electricidad están a potenciales eléctricos
distintos, se inicia un flujo de carga que va
del extremo de mayor potencial al de menor potencial.
Corriente eléctrica
La corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica.
En un conductor sólido son los electrones los que
transportan la carga por el circuito. Esto se debe a
que los electrones pueden moverse libremente por
toda la red atómica. En los fluidos, el flujo de carga
eléctrica puede deberse tanto a los electrones como
a iones positivos y negativos. Hay que advertir que
la carga total de un cable que transporta una
corriente es cero. (El número de electrones del
cable es igual al número de protones de todos los
núcleos atómicos).
Una corriente eléctrica se define como el desplazamiento
de cargas eléctricas a lo largo de un conductor. Si se une
mediante un conductor dos cuerpos cargados, los
electrones pasan de un cuerpo a otro, hasta que ambos
estén al mismo potencial eléctrico. Se establece por lo
tanto una corriente transitoria. Para que la corriente sea
permanente entre los dos puntos unidos por un conductor,
debe existir una diferencia de potencial permanente, es
decir, un campo eléctrico. Sólo en este caso, los electrones
son impulsados por una fuerza debida al campo eléctrico,
originándose así la corriente eléctrica.
Potencial eléctrico ante un cuerpo conductivo
Un material conductor es aquel que permite el transporte de carga eléctrica. En general, los
sólidos metálicos son buenos conductores, ya que sus electrones de valencia están poco
ligados a los núcleos atómicos, lo que permite que se muevan con facilidad a través del sólido.
Este tipo de electrones poco ligados se denominan electrones libres.
Cuando a un sólido conductor cargado con una cierta carga q, se le deja evolucionar la
suficiente cantidad de tiempo, alcanza una situación de equilibrio electrostático en la que
ya no hay movimiento de cargas. En estas condiciones, el campo en el interior del
conductor es nulo (si no, habría movimiento de cargas y no estaría en equilibro).
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| Si situamos una placa conductora (figura anterior) en una región del espacio en que
existe un campo eléctrico, los electrones de la
placa se verán sometidos a una fuerza opuesta
al campo externo y se acumularán en el lado
derecho de la placa, dejando el lado izquierdo
con un exceso de carga positiva.
Esta distribución de carga dentro del conductor genera un campo eléctrico interno de sentido
opuesto al externo y de igual módulo, de modo que en el interior del conductor el campo
eléctrico total es nulo. Este hecho constituye en principio de funcionamiento de una jaula de
Faraday. Si el campo en el interior de un material conductor en equilibrio electrostático es nulo, no puede haber carga eléctrica en el interior del mismo. Por tanto, la carga de un conductor se acumula en su superficie. El campo eléctrico externo al conductor no puede tener componente tangencial, ya que las cargas de la superficie se moverían sobre ella y ya no sería un conductor en equilibrio; es decir, el campo externo es normal a la superficie del conductor. Este hecho implica que la superficie del conductor es equipotencial puesto que la fuerza (paralela al campo) no realiza trabajo. El campo en el exterior de un conductor se calcula empleando la ley de Gauss. La densidad superficial de carga no es la misma toda la superficie del conductor (depende de la curvatura local de la superficie), por lo que el módulo del campo eléctrico que crea tampoco será el mismo en todos los puntos. Si se considera un pequeño elemento de superficie, éste es aproximadamente plano, como se muestra en la figura de la derecha. El campo creado por este pequeño elemento de superficie se calcula determinando el flujo a través de la superficie cerrada representada en rojo en la siguiente figura. 
Propiedades de los conductores en equilibrio electrostático
Las propiedades de los conductores en equilibrio electrostático se pueden resumir en:
- El campo eléctrico en el interior es nulo.
- La carga eléctrica se distribuye sobre la superficie, concentrándose en las zonas de
menor radio de curvatura (es decir, más puntiagudas).
- La superficie del conductor es una superficie equipotencial.
- El campo eléctrico en la superficie está dirigido hacia afuera y es perpendicular a la
superficie.
Potencial ante un cuerpo resistivo
El concepto de resistencia eléctrica nace de la existencia de materiales conductores y
materiales aislantes y del hecho de que no todos los materiales conducen con igual facilidad
la corriente eléctrica. Es decir, unos ofrecen más resistencia a su paso que otros.
Cuando entre los extremos de un conductor se establece una diferencia de potencial V, aparece a través del mismo una corriente cuya intensidad I depende de las dimensiones del
conductor, así como del material que lo constituye.
Si se modifica la diferencia de potencial, la
intensidad varía también, pero de forma que
ambas magnitudes permanecen
directamente proporcionales, es decir, el
cociente V / I se mantiene constante. Al
representar V en función de I en un sistema
de ejes rectangulares, se obtiene como
gráfico una recta que pasa por el origen de
las coordenadas. Se concluye del gráfico que
la diferencia de potencial Vaplicada a los
extremos del conductor es directamente
proporcional a la intensidad I de la corriente.
Es decir: V a I. Cuando una magnitud es directamente proporcional a otra, la primera es igual
a la segunda multiplicada por una constante. En el caso estudiado la constante se designa
por R y se llama resistencia del conductor. Lo anterior se expresa matemáticamente mediante
la siguiente ecuación:
V = R.I Este resultado fue descubierto en forma experimental por el físico alemán George
Simón Ohm (1789-1854).
Medidas de resistividad eléctrica del subsuelo
Las medidas de resistividad eléctrica del subsuelo son habituales en las prospecciones
geofísicas. Su finalidad es detectar y localizar cuerpos y estructuras geológicas basándose en
su contraste resistivo. El método consiste en la inyección de corriente continua o de baja
frecuencia en el terreno mediante un par de electrodos y la determinación, mediante otro par
de electrodos, de la diferencia de potencial. La magnitud de esta medida depende, entre otras
variables, de la distribución de resistividades de las estructuras del subsuelo, de las distancias
entre los electrodos y de la corriente inyectada.
Los minerales semiconductores son muchos y de gran importancia práctica. Su resistividad
depende de su contenido en impurezas, a veces en grado extremo. Además su conductividad
aumenta con la temperatura. Por ello, no cabe esperar que la resistividad de una especie
mineralógica determinada pueda representarse por un dato único, sino que puede variar
dentro de límites amplios. En general los teluros y los arseniuros son conductores muy
buenos. Los sulfuros suelen entrar también entre los conductores buenos, con excepciones
como la blenda y el cinabrio. Los óxidos, y los compuestos de antimonio suelen ser malos
conductores, con la excepción de la magnetita. Ahora bien, estos minerales no suelen
aparecer en la naturaleza de forma individual, sino en asociaciones, y junto con una ganga
frecuentemente aislante (cuarzo, calcita, etc.), por lo que la resistividad conjunta del filón
puede variar mucho de unos casos a otros.
Si la resistividad de las rocas dependiese únicamente de los minerales constituyentes, habrían
de considerarse como aislantes en la inmensa mayoría de los casos, puesto que el cuarzo, los
silicatos, la calcita, las sales, etc., lo son prácticamente. Sólo en el caso de que la roca
contuviese minerales semiconductores en cantidad apreciable, podría considerarse como
conductora, es decir, sólo lo serían las menas metálicas. Afortunadamente, todas las rocas
tienen poros en proporción mayor o menor, los cuales suelen estar ocupados total o
parcialmente por electrolitos, de lo que resulta que, en conjunto, las rocas se comportan como
conductores iónicos, de resistividad muy variable según los casos. La resistividad de las rocas
puede variar en margen amplísimo en función del contenido en agua, de la salinidad de ésta
y del modo de distribución de los poros.
La resistividad de las rocas también depende de la temperatura a la que se encuentre ya que
la temperatura influye notablemente en la resistividad de los fluidos que hay en los poros.
En
concreto, un descenso de la temperatura provoca un aumento de la resistividad y en el punto
de congelación el 2-4 agua pasa a ser un dieléctrico mal conductor. Por último, cabe
mencionar que la resistividad de algunos minerales, y como consecuencia de las rocas que
estos forman, varía según la dirección de medida que se toma, es decir, que presentan
anisotropía. La formación de estratos puede producir anisotropía. Tal es el caso de las rocas
sedimentarias. En general este efecto será débil dada la aleatoriedad de las orientaciones de
los minerales en la roca.
Conclusión
Para concluir como bien sabemos que las cargas de potencial eléctrico ante un cuerpo
conductivo y resistivo podemos analizar su comportamiento a partir del subsuelo en el cual
facilitar lo que es el campo eléctrico en alguna determinada zona, verificando el tipo de
material que se encuentra en dicha zona y así podemos verificar la conductividad que tienen
o su resistividad.
Referencias
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/5800/Tesis_Aguirre_Esteves.pdf?sequence=1
http://www3.uah.es/mars/FFI/Conductores.pdf
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/electro/conductores.html
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