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O campo eléctrico desempeña el papel de transmisor de las interacciones entre cargas eléctricas, que pueden ser de distancia o aproximación, según la señal de la carga que la produjo.
Las cargas eléctricas puntuales son cuerpos electrificados cuyas dimensiones son despreciables en comparación con las distancias que los separan de otros cuerpos electrificados.
Observamos que en la región donde hay un campo eléctrico, aparecerá una fuerza en una carga de punto de prueba que se introduce en algún lugar de este campo. Esta fuerza puede ser repulsión o atracción.
Fórmula de campo eléctrico
Cuando una carga puntual electrificada se fija en un punto, aparecerá un campo eléctrico a su alrededor.
La intensidad de este campo depende del medio en el que se inserte la carga y se puede encontrar mediante la siguiente fórmula:
Ser:
Y: intensidad del campo eléctrico (N / C)
k0: constante electrostática en el vacío (9,109 Nuevo Méjicodos/Cdos)
| Q |: módulo de carga (C)
D: distancia entre la carga y un punto en el campo
Vector de campo eléctrico
Al campo eléctrico le asociamos una cantidad vectorial denominada vector de campo eléctrico, que como su nombre indica, es una cantidad vectorial que tiene módulo, dirección y sentido.
Leer más sobre: Cantidades vectoriales.
Dirección del vector de campo eléctrico
La fuerza eléctrica y el vector de campo eléctrico tienen la misma dirección. Sin embargo, estamos de acuerdo en que tendrán el mismo significado cuando la carga de prueba es positiva y la dirección opuesta cuando la carga de prueba es negativa.
En la siguiente ilustración, vemos lo que sucede con la dirección del vector de campo eléctrico causado por una carga Q fija y positiva cuando colocamos una carga de prueba positiva y negativa:
Vemos en la animación que la dirección del campo eléctrico no depende de la señal de carga de prueba, solo de la señal de carga fija. Por tanto, el campo generado por una carga positiva es una distancia.
A su vez, cuando el campo eléctrico es generado por una carga negativa, tenemos las siguientes situaciones indicadas en la siguiente imagen:
Observamos que cuando la carga fija que genera el campo es negativa, la dirección del vector del campo eléctrico tampoco depende de la señal de carga de prueba.
Por tanto, una carga fija negativa genera un campo de aproximación a su alrededor.
Intensidad del campo eléctrico
El valor de iintensidad del campo eléctrico se puede encontrar usando la siguiente fórmula:
Dónde:
Y: campo eléctrico
F: fuerza eléctrica
q: carga eléctrica
En el Sistema Internacional de Unidades, la intensidad del campo eléctrico se mide en Newton por Coulomb (N / C), la fuerza en Newton (N) y la carga eléctrica en Coulomb (C).
Líneas eléctricas
Podemos representar el campo eléctrico a través de líneas orientadas según la dirección del vector de campo eléctrico. Estas, llamadas líneas de fuerza, son tangentes al vector de campo eléctrico en cada punto.
La intensidad del campo eléctrico es mayor cuanto más cercanas están las líneas de campo y menos intensa en las regiones más distantes.
A continuación, tenemos la representación de las líneas de fuerza de un campo eléctrico, formado por dos cargas iguales, pero de signos opuestos (dipolos eléctricos).
Campo eléctrico uniforme
Cuando en una zona del espacio existe un campo eléctrico en el que el vector asociado a él tiene la misma intensidad, la misma dirección y la misma dirección en todos los puntos, este campo eléctrico se denomina uniforme.
Este tipo de campo se obtiene con la aproximación de dos placas conductoras planas y paralelas electrificadas con cargas del mismo valor absoluto y signos opuestos.
En la siguiente figura, presentamos las líneas de campo entre dos conductores electrificados. Tenga en cuenta que en la región de los bordes de los conductores, las líneas ya no son paralelas y el campo no es uniforme.
Fuerza eléctrica – Ley de Coulomb
En la naturaleza existen fuerzas de contacto y fuerzas de campo. Las fuerzas de contacto solo actúan cuando los cuerpos se tocan. La fuerza de fricción es un ejemplo de fuerza de contacto.
La fuerza eléctrica, la fuerza gravitacional y la fuerza magnética son fuerzas de campo, ya que actúan sin necesidad de que los cuerpos estén en contacto.
La Ley de Coulomb, formulada por el físico francés Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) a finales del siglo XVIII, se centra en estudios sobre la interacción electrostática entre partículas cargadas eléctricamente:
«La fuerza de acción mutua entre dos cuerpos cargados tiene la dirección de la línea que une los cuerpos y su intensidad es directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.”.
La unidad de medida de las cargas eléctricas, es Coulomb (C), en homenaje al físico por sus contribuciones a los estudios de la electricidad. Entonces, para calcular la fuerza de carga:
Dónde:
F: fuerza (N)
Ky: constante electrostática (en el vacío su valor es igual a 9 x 109 Nuevo Méjicodos /Cdos)
q1 y qdos: cargas eléctricas (C)
r: distancia entre cargas (m)
La fuerza que surge de la interacción entre cargas será de atracción cuando las cargas muestren signos opuestos y de repulsión cuando las cargas tengan signos iguales.
Potencial eléctrico
El potencial eléctrico, medido en Voltios (V), se define como el trabajo de la fuerza eléctrica sobre una carga electrificada en el desplazamiento entre dos puntos.
Considerando dos puntos A y B y el valor potencial en el punto B nulo, entonces el potencial vendrá dado por:
Dónde:
VLA: Potencial eléctrico en el punto A (V)
TAB: trabajar para mover una carga del punto A al punto B (J)
q: Carga eléctrica (C)
Diferencia de potencial en un campo eléctrico uniforme
Cuando tenemos un campo eléctrico uniforme, podemos encontrar la diferencia de potencial entre dos puntos usando la fórmula:
Ser
U: diferencia de potencial (V)
VLA: potencial en el punto A (V)
VB: potencial en el punto B (V)
Y: campo eléctrico (N / C o V / m)
D: distancia entre superficies equipotenciales, es decir, superficies con el mismo potencial (m)
Leer más sobre el tema:
Ejercicio resuelto
1) UERJ – 2017
Suponga que la distancia entre los electrodos de un campo eléctrico es de 20 cm y que la diferencia de potencial efectiva aplicada al circuito es de 6 V.En este caso, la intensidad del campo eléctrico, en V / m, es equivalente a:
a) 40
b) 30
c) 20
d) 10
2) UECE – 2015
Inmediatamente antes de que caiga un rayo, una nube en su parte superior tiene un predominio de moléculas con cargas eléctricas positivas, mientras que su base está cargada negativamente. Considere un modelo simplificado que trata cada una de estas distribuciones como planes de carga paralelos y distribuidos uniformemente. Con respecto al vector de campo eléctrico generado por estas cargas en un punto entre la parte superior e inferior, es correcto decir que
a) es vertical y tiene una dirección de abajo hacia arriba.
b) es vertical y tiene una dirección de arriba hacia abajo.
c) es horizontal y tiene el mismo sentido del flujo de aire predominante dentro de la nube.
d) es horizontal y tiene sentido en el norte magnético de la Tierra.
