El Campo Eléctrico

 

La ley de Coulomb

Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales  es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2.

 

La ley de Coulomb nos describe la interacción entre dos cargas eléctricas del mismo o de distinto signo. La fuerza que ejerce la carga Q sobre otra carga q situada a una distancia r es.

La fuerza F es repulsiva si las cargas son del mismo signo y es atractiva si las cargas son de signo contrario.

fuerzas.gif (2530 bytes)

 

Concepto de campo

Es más útil, imaginar que cada uno de los cuerpos cargados modifica las propiedades del espacio que lo rodea con su sola presencia. Supongamos, que solamente está presente la carga Q, después de haber retirado la carga q del punto P. Se dice que la carga Q crea un campo eléctrico en el punto P. Al volver a poner la carga q en el punto P, cabe imaginar que la fuerza sobre esta carga la ejerce el campo eléctrico creado por la carga Q.

campo.gif (1923 bytes) Cada punto P del espacio que rodea a la carga Q tiene una nueva propiedad, que se denomina campo eléctrico o intensidad del campo eléctrico E que describiremos mediante una magnitud vectorial, que se define como la fuerza sobre la unidad de carga positiva imaginariamente situada en el punto P.

La unidad de medida del campo en el S.I. de unidades es el N/C

En la figura, hemos dibujado el campo en el punto P producido por una carga Q positiva y negativa respectivamente.

Energía potencial

La energía potencial viene dada por una fórmula similar a la energía potencial gravitatoria.

El nivel cero de energía potencial se ha tomado en el infinito.

 

Relación entre campo y potencial

El campo (la intensidad del campo eléctrico) nos indica la dirección y el sentido en que se da la máxima disminución de potencial y su módulo nos determina cuanto disminuye el potencial por unidad de longitud. Por ello el campo se expresa también en V/m.

En un campo uniforme:  Vb-Va = E d     donde d es la distancia entre los puntos a y b

 

Concepto de potencial

Del mismo modo que hemos definido el campo eléctrico, el potencial es una propiedad del punto P del espacio que rodea la carga Q. Definimos potencial como la energía potencial de la unidad de carga positiva imaginariamente situada en P. Mientras el campo eléctrico (intensidad) es una magnitud vectorial el potencial es una magnitud escalar.

La unidad de medida del potencial en el S.I. de unidades es el voltio (V).

 

Trabajo realizado por el campo eléctrico

campo1.gif (1388 bytes) Una carga en el seno de un campo eléctrico E experimenta una fuerza proporcional al campo cuyo módulo es F=qE, cuya dirección es la misma, pero el sentido puede ser el mismo o el contrario dependiendo de que la carga sea positiva o negativa.

 

El trabajo que realiza el campo eléctrico sobre una carga q cuando se mueve desde una posición en el que el potencial es VA a otro lugar en el que el potencial es VB es

potencial1.gif (2529 bytes)

 

Campo eléctrico y potencial de una carga puntual

El campo eléctrico de una carga puntual Q en un punto P distante r de la carga viene representado por un vector de

El potencial del punto P debido a la carga Q es un escalar y vale

Celec_7.gif (1934 bytes)

Representación del campo eléctrico

Un campo eléctrico puede representarse por líneas de fuerza, líneas que son tangentes a la dirección del campo en cada uno de sus puntos, que tienen un sentido que nos indica el sentido del campo en cada punto y cuya densidad es proporcional al valor del campo en cada punto.

Las líneas se distribuyen de tal forma que el módulo del campo en cada punto es el número de líneas que atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicular a las líneas en dicho punto. Por ello en las zonas en que el campo es muy intenso hay mucha densidad de líneas, en las zonas en que el campo es débil las líneas están separadas.

En la figura, se representan las líneas de fuerza de una carga puntual, que son líneas rectas que pasan por la carga. Las equipotenciales son superficies esféricas concéntricas.

Celec_1.gif (4345 bytes)

En las siguientes imágenes vemos las líneas de campo en el campo creado por una carga positiva, por una negativa y por dos cargas del mismo valor y distinto signo.

         

En la siguiente imagen vemos el campo creado por dos cargas positivas iguales, observamos las líneas de campo y la representación de las superficies equipotenciales

Observar como en esta última imagen el campo en la zona central, entre las cargas, es muy débil, las líneas están separadas, eso se debe a que en el centro el campo ejercido por una de las cargas se anula con el ejercido por la otra que es igual pero de sentido contrario.

En la figuras anteriores vemos como en todos los casos las líneas de campo son perpendiculares a las superficies equipotenciales, eso es debido a que el campo indica en que dirección se produce la máxima disminución del potencial.