Campo eléctrico


Para explicar cómo se produce la interacción entre dos o más cargas, separadas una cierta distancia, se introduce el concepto de campo eléctrico. Cada carga crea un campo eléctrico en la región que la rodea, y éste ejerce una fuerza sobre cualquier carga que se coloque en él.  

El campo eléctrico está presente en cada punto del espacio independientemente de que ahí este o no alguna carga. Para medirlo en algún punto, colocamos una carga de prueba (\(q_0\)), tan pequeña como sea posible, y medimos la fuerza sobre ella.  A partir de la fuerza medida sobre la carga de prueba se determina el valor del campo eléctrico en ese punto.

En resumen:

El campo eléctrico es una región del espacio que rodea una carga. Cualquier otra carga que este en ese espacio, sentirá una fuerza, de origen eléctrico,  de atracción o repulsión de acuerdo  a los signos que tengan las cargas.





$\vec{E}=\dfrac{\vec{F}}{q_0}$


 

  El campo eléctrico de una carga puntual

El campo eléctrico generado por una carga puntual tiene dirección radial y disminuye  rápidamente cuando la distancia a la carga que lo genera aumenta.

$\vec{E}=k\dfrac{Q}{r^2}\hat{r}$


Magnitud:

$E=k\dfrac{Q}{r^2}$

Direción: radial. \(\hat r\)

Con \(k=9\times10^9Nm^2/C^2\)           

En el sistema internacional de unidades, el campo eléctrico se mide en newtons sobre coulomb: N/C.

Principio de superposición


El campo eléctrico generado por varias cargas, se obtiene aplicando el principio de superposición: se calcula la intensidad del campo debida a cada una, sin tomar en cuenta a las otras, y después se suman las intensidades; la dirección del campo será la resultante de la suma vectorial.

\(\vec{E}_r=\vec{E}_1+\vec{E}_2+\vec{E}_3+...\)

Principio de superposición del campo eléctrico.


Animación

Campo eléctrico de dos cargas puntuales, sus valores (en nanocoulombs) se modifican con los deslizadores. La carga prueba (en amarillo) y las dos cargas (en azul) se pueden cambiar de posición arrastrándolas. Con el ícono de arriba a la derecha reinicias la aplicación.


Actividades

Mantén la distancia fija y las cargas iguales, pero de signo contrario. Mueve la carga prueba. ¿Hay una posición (o varios) donde el campo sea cero?
¿Se modifica si cambias la distancia entre las cargas?

Responde las preguntas anteriores, pero ahora que las cargas tengan el mismo signo.

¿Qué sucede si una carga es el doble de la otra?
Haz que una carga sea cero y muestra que el campo disminuye conforme te alejas. ¿Puedes mostrar que el valor disminuye como  \(1/r^2\).

Líneas de campo

Una de las herramientas más útiles para visualizar los campos eléctrico o magnéticos, fue introducido por Faraday, nos referimos a las líneas de campo (o líneas de fuerza). Éstas son líneas  imaginarias que ayudan a visualizar cómo va cambiando la dirección del campo eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio; indican las trayectorias que seguiría una carga unitaria positiva, si se le permite moverse sólo por la acción del campo.


Las propiedades de las líneas de campo son:





Imágenes tomadas de Geek3 (Educativo)

   Observa como las lineas de campo salen de las cargas positivas y terminan en las negativas o en infinito, ¿qué pasa cuando se pone una superficie conductora?

Video

En el siguiente video se muestra como visualizar el  campo eléctrico.