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Campo Eléctrico

Consideremos una carga Q fija en determinada posición, como se indica en la figura 19-1. Ya sabemos que si otra carga q fuese colocada en un punto P1, a cierta distancia de Q, se tendrá un fuerza eléctrica actuando sobre q (fig. 19-1)

 

Supongamos que ahora que la carga q fuese desplazada, en torno de Q, a cualesquiera otros puntos, como P2, P3, etc. Obviamente, en cada uno de ellos también actuaría sobre q una fuerza eléctrica ejercida por Q. Para describir este hecho, decimos que en cualquier punto del espacio alrededor de Q existe un campo eléctrico (o campo de fuerza eléctrica) producido por esta carga.

 

Entonces, podemos destacar que en un punto del espacio existe un campo eléctrico cuando sobre una carga q colocamos en dicho punto, se ejerce una fuerza de origen eléctrico.

 

Volviendo a la figura 19-1, debemos observar que el campo eléctrico se establece en los puntos P1, P2, P3, etc., por acción de la carga Q, la cual naturalmente podrá ser positiva o negativa. La carga q, que se desplaza de un punto a otro para verificar si en tales puntos existe o no un campo eléctrico, se denomina carga de prueba, y siempre se considera positiva.

 

                                                                                

 

 

 

Figura 19-1

Alrededor de una carga eléctrica, Q, existe un campo eléctrico producido por dicha carga.

 

Es importante señalar que la existencia de un campo eléctrico en un punto no depende de la presencia de la carga de prueba en dicho punto. De manera que existe un campo eléctrico en cada uno de los puntos P2, P3, P4 y P5 de figura 19-1, aun cuando no haya una carga de prueba en ninguno de ellos. Cuado se coloca una carga de prueba en un solo punto, sólo queremos verificar si la fuerza eléctrica actúa o no sobre ella, lo cual nos permite concluir si existe o no un campo eléctrico en dicho punto.

 

Se acostumbra decir que la fuerza eléctrica es ejercida por Q sobre q. Con la introducción del concepto de campo eléctrico podemos visualizar esta interacción en forma distinta: decimos que la carga Q crea un campo eléctrico podemos en los puntos del espacio que la rodean, y que este campo eléctrico es responsable de la aparición de la fuerza eléctrica sobre la carga q colocada en tales puntos. En otras palabras, consideramos que la fuerza eléctrica que actúa sobre q se debe a la acción del campo eléctrico y no a la acción directa de Q sobre q.

 

El concepto de campo no se limita únicamente al estudio de los fenómenos eléctricos. De manera que, decimos que alrededor de la Tierra (o en torno de cualquier cuerpo material) existe un campo gravitacional, pues una masa m colocada en cualquier punto del espacio alrededor de la Tierra, queda sometida a la acción de la fuerza gravitatoria que ejerce esta última (figura 19-2).      

 

De manera general, siempre que a cada punto de cierta región la corresponda un cierto valor de una cantidad determinada, diremos que en tal región existe un campo asociado a ella. Este campo podrá ser un campo escalar (como el campo de temperatura), o bien, un campo vectorial (como el campo de fuerza eléctrica y el campo de fuerza gravitacional

 

Vector campo eléctrico

El campo de fuerza eléctrica se puede representar, en cada punto del espacio, por un vector que generalmente se simboliza por y que se denomina sector campo de eléctrico. A continuación, se presentarán las características de este de este vector, es decir, su magnitud, su dirección y su sentido.

 

Magnitud del vector

El valor del vector en un punto dado, suele denominarse intensidad del campo eléctrico, en ese punto. Para definir esta magnitud, consideramos la carga Q mostrada en al figura 19-3, la cual crea un campo eléctrico en el espacio que la rodea. Al colocar una carga de prueba q en un punto cualquiera, como el P1, por ejemplo, una fuerza eléctrica F actuará sobre dicha carga de prueba. La intensidad del campo eléctrico P1 estará, por definición, dada por la expresión

 

Es fácil observar que la unidad para la medida de E será, en el S.I., el Newton por Coulomb (N/C)

La expresión permite determinar la intensidad del campo eléctrico en cualquier otro punto, como P2, o bien P3, etc. De manera general, el valor de E será diferente por cada uno de esos puntos, con excepción de algunos casos especiales que analizaremos posteriormente.

 

                                                        

Figura 19-3 En cada punto del espacio alrededor de una carga Q, el campo de la fuerza eléctrica esta representado por un vector campo eléctrico

 

Observemos que E= F/q resulta

F = q E

Es decir, si conocemos la intensidad, E, del campo eléctrico en un punto, con la expresión anterior podemos calcular el valor de la fuerza que actúa sobre una caga cualquiera q, colocada en dicho punto.

 

Dirección y sentido de

La dirección y el sentido del vector campo eléctrico en un punto están, por definición, dados por la dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba  positiva colocada en el punto.

Por ejemplo, consideramos el punto P1 que se muestra en la figura 19-4. Si la carga de prueba positiva se colocara en P1 seria, repelida por q con una fuerza horizontal hacia la derecha. Por lo tanto, debido a lo que acabamos decir, el vector campo eléctrico en ese punto, también seria horizontal y estaría dirigido hacia la derecha. De manera similar, podemos concluir que en P2 tenemos un vector dirigido verticalmente hacia arriba, por si la carga de prueba positiva se colocara en tal punto quedaría sometida a la acción de una fuerza que tendría dicha dirección y dicho sentido. Entonces, se podrá comprobar fácilmente que en P3 y P4, los vectoresy tienen las direcciones y sentidos que se indican en la figura 19-4.

 

                                                                

Figura 19-4 La carga Q, positiva crea en los puntos

P1, P2, P3 y P4 los vectores campo eléctrico , ,y ,

Con las direcciones y sentidos que se indican en la figura.

 

Suponga, ahora, que la caga generadora del campo es negativa, como se muestra en la figura 19-5. En este caso si colocásemos la carga de prueba en P1, seria atraída por Q con una fuerza hacia la izquierda. Por lo tanto el vector campo eléctrico ahora estaría dirigido hacia la izquierda (sierre en el mismo sentido de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba). Siguiendo este razonamiento, se podrá concluir que en P2, P3 y P4 el vector campo eléctrico estará representado por los vectores ,y , que se muestra en la figura 19-5.

Resumiendo lo que ya dijimos tenemos así que siendo F la magnitud de la fuerza eléctrico que actúa sobre la carga de prueba colocada en un punto en el espacio el vector campo eléctrico en tal punto tiene una intensidad que se obtiene por la relación

La dirección y el sentido de vector están dados por la dirección y sentido de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba positiva colocada en el punto.

                                               

Figura 19-5 La carga Q, negativa crea en los puntos

P1, P2, P3 y P4 los vectores campo eléctrico , ,y ,

Con las direcciones y sentidos que se indican en la figura.

 

Movimiento de cargas en un Campo Eléctrico

Suponga que en una carga positiva q se coloca en el puto P1, figura 19-4 donde hay un campo eléctrico creado por la carga Q. como ya sabemos, la carga q será repelida por Q con una fuerza dirigida hacia la derecha y por consiguiente, tendera a desplazarse en el sentido de esta fuerza. En el vector tiene el mismo sentido de dicha fuerza, concluimos que la carga positiva q tiende a desplazarse en el sentido del campo eléctrico. Si esta misma carga positiva q se colocara en el punto P1 de la figura 19-5 (campo creado por una carga negativa), seria atraída por la carga q, y también e este caso tendería a desplazarse en el sentido del campo eléctrico . De manera general, podemos comprobar que, en cualquier punto que se sitúe la carga positiva q, tendera a desplazarse en el sentido del vector campo eléctrico que existe en dicho punto, esta conclusión es consecuencia del echo de que el sentido de E, se ha definido como igual al sentido de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba positiva.

Imaginemos, ahora, que le punto P1 de la figura 19-4 colocamos una carga negativa q (recuerde que en P1 existe un campo eléctrico , dirigido hacia la derecha y producido por la carga Q). En estas condiciones, la carga q será atraída por Q y tendera entonces a desplazarse en sentido contrario al campo . Si colocamos la carga negativa q en el punto P1 de la figura 19-5, será repelida por la carga negativa Q, y de la misma manera tendera a desplazarse en el sentido contrario al del vector .

En resumen una carga positiva colocada en un punto donde existe un campo eléctrico E, tiende a desplazarse en el sentido de este campo, y una carga negativa en el mismo sitio, tiende a desplazarse en el sentido contrario.



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