CAMPO ELÉCTRICO

INTRODUCCIÓN

Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para influir entre ellas y por ello las fuerzas eléctricas son consideradas fuerzas de acción a distancia. En virtud de ello se recurre al concepto de campo electrostático para facilitar la descripción, en términos físicos, de la influencia que una o más cargas ejercen sobre el espacio que las rodea.

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

El siguiente trabajo de investigación contendrá los siguientes desarrollos: Campo eléctrico, diferencias entre campos eléctricos y gravitatorios, intensidad del campo eléctrico en un punto, unidades del campo eléctrico, líneas de fuerza de un campo eléctrico y sus propiedades, campo eléctrico total, movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme, flujo del campo eléctrico, Ley de Gauss y sus aplicaciones.

CAMPO ELÉCTRICO

El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico esta dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.

El campo eléctrico representa, en cada punto del espacio afectado por la carga, una propiedad local asociada al mismo. Una vez conocido el campo en un punto no es necesario saber qué lo origina para calcular la fuerza sobre una carga u otra propiedad relacionada con él.

Así, si se coloca una carga de prueba en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico, se observará la aparición de atracciones o de repulsiones sobre ella. Una forma de describir las propiedades de este campo sería indicar la fuerza que se ejercería sobre una carga determinada si se trasladara de un punto a otro del espacio. Al utilizar la misma carga de prueba es posible comparar la intensidad de las interacciones entre ellas.

La carga de referencia más simple, a efectos de operaciones, es la carga unidad positiva. La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza, la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido.

Un ejemplo típico del punto de vista del campo eléctrico son las antenas emisoras y receptoras de radio y televisión. En el circuito emisor de una estación de radio, por ejemplo y en el circuito detector de los aparatos se encuentra una antena que en su forma más simple consiste en una varilla metálica. Cada estación emisora transmite sus programas con una frecuencia determinada, haciendo que en la antena los electrones se muevan periódicamente de un extremo a otro de la misma. Es decir, si en un instante un extremo de la varilla tiene exceso de electrones (carga negativa), el otro extremo tiene déficit de electrones (carga positiva). Un instante después se invierte la polaridad.

CAMPOS ELÉCTRICOS Y CAMPOS GRAVITATORIOS (DIFERENCIAS)

Aunque existen analogías entre ambos campos, también existen diferencias que conviene poner de manifiesto:

1) El campo gravitatorio es universal; existe para todos los cuerpos. El campo eléctrico sólo existe cuando los cuerpos están cargados de electricidad.

2) El campo gravitatorio es siempre de atracción, mientras que el campo eléctrico puede ser de atracción (cargas de diferente signo) o de repulsión (cargas de igual signo).

3) La constante eléctrica K viene a ser (10exp20) veces mayor que la constante gravitatoria G. Lo que indica que el campo gravitatorio es muy débil comparado con el campo eléctrico.

4) Una masa, siempre crea un campo gravitatorio. Una carga eléctrica en movimiento además del campo eléctrico crea también un campo magnético.

INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO EN UN PUNTO

Es la consideración de concentración de toda la carga eléctrica de un cuerpo electrizado en un solo punto del propio cuerpo. Esta consideración solo se hace para efecto de estudio y de cálculos, porque en realidad la carga eléctrica se distribuye uniformemente en toda la superficie exterior del cuerpo.

Mediante la relación de las ecuaciones de intensidad de campo eléctrico y de la Ley de Coulomb es posible determinar una expresión matemática mediante la cual se puede determinar la magnitud de la intensidad de campo eléctrico en cualquier punto cercano a una carga eléctrica.

Para ello se considera la existencia de una carga eléctrica positiva q que genera un campo eléctrico, y para evaluar su intensidad se utiliza una carga de prueba positiva q, cuya magnitud es mucho menor que la carga q y por lo tanto se puede considerar despreciable así como también se puede considerar insignificante el pequeño campo eléctrico generado por la carga eléctrica se prueba.

UNIDADES DEL CAMPO ELÉCTRICO

La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg•m•s−3•A−1 y la ecuación dimensional es MLT-3I-1.

LINEAS DE FUERZA DE UN CAMPO ELÉCTRICO (PROPIEDADES)

Una línea de fuerza o línea de flujo, normalmente en el contexto del electromagnetismo, es la curva cuya tangente proporciona la dirección del campo en ese punto. Como resultado, también es perpendicular a las líneas equipotenciales en la dirección convencional de mayor a menor potencial. Suponen una forma útil de esquematizar gráficamente un campo, aunque son imaginarias y no tienen presencia física.

Para dibujar las líneas de fuerza se siguen por convenio las siguientes reglas:

 Teniendo en cuenta que cerca de una carga positiva, otra carga positiva

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