4 Lección: Campo eléctrico.

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CAMPO ELÉCTRICO

El campo eléctrico es la zona del espacio donde cargas eléctricas ejercen su influencia. Es decir que cada carga eléctrica con su presencia modifica las propiedades del espacio que la rodea.

 

Intensidad de campo eléctrico

Se llama intensidad de campo eléctrico en un punto al valor de la fuerza resultante de origen eléctrico que actúa sobre una carga puntual dividido el valor de la carga (carga exploradora, elemental o testigo) colocada en dicho punto.

Por lo tanto el campo eléctrico será una magnitud vectorial cuyas características son:

  • a) Su dirección será la misma que la del vector fuerza.

  • b) Tendrá el mismo sentido de la fuerza dado que se obtiene de dividir por un escalar positivo.

  • c) Su módulo será igual al cociente entre el módulo de la fuerza resultante y la carga sobre la cual se aplica dicha fuerza. \(E\ =\ \frac{F}{q_o}\)

  • d) Se ubica a partir del punto en donde se colocó la carga exploradora positiva.

  • e) El valor de la carga exploradora \(q_o\) deberá ser muy pequeña para que no altere el valor del campo y siempre se considera  positiva.

  • Vectorialmente se puede expresar como: \(\vec{E} = \frac{1}{q}\ \vec{F}\)  lo que nos estaría indicando dado que es un producto de un escalar por un vector que el sentido del campo depende del signo de la carga, si ésta es positiva ambos vectores tendrán el mismo sentido y se es negativa, serán de sentidos contrarios.

Unidad de campo eléctrico:

Dado que el campo eléctrico resulta del cociente entre una fuerza y una carga su unidad será la unidad de fuerza sobre la unidad de carga que en el sistema S.I. (Sistema Internacional) es un Newton \(\left(N\right)\)  dividido por un Coulomb \(\left(C \right)\) o sea: \(N/C\)

 

Campo creado por una Carga Puntual

Como el campo eléctrico tiene la expresión general de:

\(E\ =\ \frac{F}{q_o}\)

y por la ley de Coulomb: \( F = k \frac{q*q'}{d^2}\)

entonces:

\(E\ =\ \frac{F}{q_o}\)

\(E\ =\ \frac{k*(q*q_o)/d^2}{q_o}\)

Se cancelan las \(q_o\):

\(E\ =\ \frac{k*q}{d^2}\)

Por lo tanto el valor del campo es directamente proporcional a la carga que lo genera e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la carga puntual y el punto considerado.

En cuanto a la dirección y sentido del campo será como sigue:

La dirección es la definida por la carga y el punto considerado y el sentido será alejándose de la carga generadora cuanto esta es positiva y apuntando hacia la carga cuando la misma es negativa.

LÍNEAS DE FUERZA

La presencia de un campo eléctrico puede indicarse dibujando líneas de fuerza eléctricas al igual que se indican en el campo gravitatorio, mediante líneas de fuerza gravitatorias.

Propiedades:

1) El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de fuerza en cada punto.

Como el número de puntos en el espacio es infinito, sólo se dibujan algunas líneas representativas y que indican el campo, dibujando líneas continuas que empiezan o terminan en las cargas. Parten de cargas positivas y llegan a cargas negativas.

Tomando superficies esféricas alrededor de las carga y un número fijo de líneas de fuerza podemos calcular las que pasan por unidad de superficie (Recordando además que el área de una esfera es \(4\pi r^2\)).


2) En consecuencia el número de líneas de fuerza por unidad de superficie disminuye en forma inversamente proporcional a r2 al igual que disminuye el campo eléctrico. Si adoptamos un número fijo de líneas de fuerza para cierta carga puntual, la intensidad de campo eléctrico E estará determinada por la densidad de líneas de fuerza.

Características de las líneas de fuerza:
  1. El número de líneas que parten de una carga positiva o llegan a una negativa es proporcional a la carga.
  2. Las líneas se dibujan simétricamente saliendo o entrando en la carga puntual.
  3. Las líneas empiezan o terminan solamente en las cargas.
  4. La densidad de líneas es proporcional a la intensidad de campo eléctrico.
  5. El campo es tangente a la línea de fuerza.
  6. Las líneas de fuerza no se cortan nunca. (unicidad del campo).

FLUJO ELÉCTRICO

Conociendo el campo eléctrico podemos determinar pues por medio de una cierta convención el número de líneas de fuerza por unidad de superficie.

Cuando un campo eléctrico atraviesa una superficie, se define al flujo eléctrico como el producto escalar del campo por la superficie. El flujo eléctrico se representa con el simbolo griego: \(\Phi\) que se lee fi.

\(\Phi \ =\ E\ A\)



La constante de proporcionalidad entre \(f\) y \(N\) depende de la selección del número de líneas de fuerza que entren o salgan de la carga unidad.

 

Cuando existe un ángulo entre el plano y las líneas de campo eléctrico, el flujo eléctrico será:

\(\Phi \ =\ E \ A\ cos \theta\)

Siendo \(\theta\) el ángulo entre el vector normal al área y el vector campo eléctrico.

 

 

 

PREGUNTA: El campo eléctrico producido por una carga puntual es: