Download Colegio Excelsior Depto. De Ciencias Nivel: 4º Medio El Campo

Survey
yes no Was this document useful for you?
   Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Transcript
Colegio Excelsior
Depto. De Ciencias
Nivel: 4º Medio
El Campo Eléctrico
� Definimos el campo eléctrico como aquella región del espacio en la que cualquier carga
situada en un punto de dicha región experimenta una acción o fuerza eléctrica.
� El campo eléctrico, introducido por primera vez por Faraday en la primera mitad del siglo XIX,
constituye frente a la ley de Coulomb una forma nueva de describir la interacción entre dos cargas
eléctricas en reposo:
la ley de Coulomb es una ley de acción a distancia, como la ley de la gravitación universal de Newton
para la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales: según la ley de Coulomb, cuando tenemos
una cierta carga puntual q, y situamos otra carga puntual q0 a una cierta distancia r de la primera, la
carga q0 experimentara de forma instantánea y a distancia una fuerza que, según la ley de Coulomb,
es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
que las separa.
Usando el concepto de campo, la interacción entre dos cargas eléctricas se describe de una forma
muy distinta: de acuerdo con esta interpretación, la carga q da lugar a una alteración (o cambio) en
las propiedades del espacio que la rodea, de modo que cualquier carga q0 situada en un punto de
dicha región experimenta una acción eléctrica. Dicho de otro modo, la carga q produce algo en el
espacio que la rodea, y este algo actúa sobre cualquier carga situada en un punto de dicho espacio,
produciendo la fuerza que actúa sobre dicha carga. Este espacio, dotado de una propiedad nueva
debido a la carga q, es lo que hemos denominado campo eléctrico.
� El campo eléctrico tiene su origen en cargas eléctricas (cargas puntuales, distribuciones continuas
de carga o todas ellas al mismo tiempo). Las cargas que dan lugar a un campo eléctrico dado suelen
recibir el nombre de cargas fuente.
� El concepto de campo fue introducido, como hemos dicho antes, por primera vez por Faraday para
describir las interacciones eléctricas. En la actualidad, desempeña un papel fundamental en la Física:
todas las interacciones conocidas se describen en términos del concepto de campo.
El Vector Intensidad de Campo Eléctrico
� Para que el concepto de campo sea útil es necesario encontrar una cantidad física que permita
caracterizar adecuadamente en cada punto del espacio el campo creado por una distribución de
cargas dada.
� Esta cantidad es una magnitud vectorial, que se designa mediante la letra E, y que recibe el
nombre de vector intensidad de campo eléctrico, vector campo eléctrico, o simplemente campo
eléctrico. Definimos el vector campo eléctrico E en un punto como la fuerza que se ejerce sobre una
carga prueba positiva q0 colocada en dicho punto dividida por el valor de la carga prueba q0 o, dicho
de otro modo, la fuerza que se ejerce en dicho punto sobre la unidad de carga positiva:
donde Fq0 es la fuerza que se ejerce en dicho punto sobre la carga prueba q0. Por tanto, para
determinar E en un punto se sitúa una carga prueba q0 en dicho punto y se mide la fuerza Fq0 que se
ejerce sobre ella; el valor de E se obtendrá entonces usando.
� En relación a E es interesante hacer notar los siguientes puntos:
las unidades de E en el sistema internacional son de Newton/Culombio;el valor de E depende solo del
punto en que se mide y de la distribución de cargas que crea el campo, pero no de la carga prueba q0
usada para determinar E mediante la relación. Se trata por tanto de una cantidad característica de
la distribución de cargas que crea el campo y del punto considerado.
Una vez conocido el campo E en un punto, se puede determinar inmediatamente la fuerza que se
ejercerá sobre una carga cualquiera q0 en dicho punto.
Dado que el campo eléctrico lo describimos en cada punto mediante una magnitud vectorial (E)
decimos que el campo eléctrico es un campo vectorial. Además, como la magnitud E es una fuerza
(fuerza por unidad de carga) decimos que el campo eléctrico es un campo de fuerzas.
Líneas de Campo Eléctrico
� Faraday introdujo el concepto de líneas de campo eléctrico o líneas de fuerza como ayuda para
visualizar la estructura del campo eléctrico asociado a una distribución de cargas.
� Una línea de campo eléctrico o línea de fuerza se define como una línea imaginaria dibujada de tal
manera que su dirección y sentido en cualquier punto es la dirección y sentido del campo eléctrico en
dicho punto. Por tanto, las líneas de campo eléctrico son tangentes en cada punto al campo eléctrico
en dicho punto.
� Propiedades: las líneas de campo dan información no solo sobre la dirección y sentido del campo
eléctrico, sino también acerca de su magnitud. Las propiedades fundamentales de las líneas de
campo, que además pueden considerarse como las reglas básicas para trazar las líneas de campo
asociadas a un cierto sistema de cargas, se pueden resumir del siguiente modo:
1.- Las líneas de campo eléctrico comienzan en las cargas positivas (o en el infinito), y terminan en
las cargas negativas (o en el infinito). Es por ello que decimos que las cargas positivas constituyen
las fuentes de las líneas de campo, y las cargas negativas los sumideros de las líneas de campo
eléctrico.
2.- La magnitud del campo eléctrico en un punto es proporcional a la densidad de líneas de campo en
dicho punto. Por densidad de líneas de campo en un punto se entiende el número de líneas de campo
que pasan por unidad de área a través de una superficie perpendicular a las líneas de campo en dicho
punto. De este modo, la magnitud de E será grande aquellas regiones en que las líneas de campo
estén muy próximas entre sí, y pequeña en donde las líneas de campo estén separadas.
3.- Dos líneas de campo no pueden cortarse en un punto. Fijarse en que si dos líneas de campo se
cortaran en un punto, eso significara que tendríamos en dicho punto dos vectores campo distintos, lo
cual es imposible (solamente las líneas de campo pueden juntarse en una carga positiva, donde nacen,
o en una carga negativa, donde terminan).
Estas son las propiedades básicas de las líneas de campo, a las que cabria añadir:
4.- Las líneas de campo se dibujan simétricamente saliendo o entrando de la carga.
5.- El número de líneas que abandonan una carga positiva o entran en una carga negativa es
proporcional a la carga.
6.- A grandes distancias de una distribución finita de cargas, las líneas de campo están igualmente
espaciadas y son radiales como si procediesen de una sola carga puntual igual a la carga total de la
distribución.
En la figura 4 se muestran a modo de ejemplo las líneas de campo correspondientes a
configuraciones sencillas de carga: una carga puntual positiva, una carga puntual negativa, dos cargas
iguales pero de signo opuesto separadas una cierta distancia (es decir, un dipolo), dos cargas iguales
positivas separadas una pequeña distancia, y un sistema formado por una carga positiva de valor 2q y
una carga negativa -q separadas una pequeña distancia.