Guía
Campo Eléctrico
Campo Eléctrico
El campo eléctrico es un concepto similar al de
campo gravitacional. En ambos, existe una fuerza que actúa a distancia, lo que
no fue fácil de aceptar para los pensadores antiguos. La idea de campo se
extiende de toda carga hacia fuera e invade todo el espacio. Cuando se coloca
una segunda carga cerca de la primera, "siente" una fuerza debido a
que el campo eléctrico está allí. Se considera que el campo eléctrico en el
lugar de la segunda carga interactúa directamente con esa carga para producir
la fuerza.
Se puede medir y cuantificar el campo eléctrico que
rodea una carga, un grupo de cargas o una distribución continua de cargas
midiendo la fuerza sobre una carga de prueba positiva y pequeña. Por carga de
prueba debe entenderse una carga positiva tan pequeña que no altere la
distribución de las demás cargas, que son las que provocan el campo que se está
midiendo.
Sabemos que las fuerzas se dirigen radialmente hacia fuera de Q y
que su magnitud está dada por la Ley de Coulomb.
El campo eléctrico en cada uno de esos puntos a, b
y c se define en términos de la fuerza sobre esa carga de prueba.
El campo eléctrico E, en cualquier punto del
espacio se define como la fuerza F que se ejerce sobre una carga de prueba en
ese punto, dividida entre la magnitud q de la carga de prueba:
E = F/q
Notemos que esta definición es similar a la de
campo gravitacional en que g es el campo gravitacional
y Fg es la fuerza gravitacional que actúa sobre una masa de prueba
m:g = Fg/m.
Con esta definición vemos que la dirección del
campo eléctrico en cualquier punto en el espacio se define como la dirección de
la fuerza sobre una carga positiva de prueba en ese punto. La magnitud del
campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga, de modo que E se mide en
Newton/Coulomb (N/C).
Líneas de campo eléctrico
Para el caso de cargas
puntuales, las líneas de campo eléctrico son radiales, con sentido hacia fuera
en una carga positiva y hacia la carga en el caso de ser negativa.
Por tanto, una carga de
prueba positiva es rechazada si se ubica en el campo de una carga generadora
positiva, y se atrae si se ubica en el campo de una carga generadora negativa.
Es importante notar que las
líneas de campo eléctrico nunca se intersectan ni se cruzan en ningún punto del
espacio y además son perpendiculares a la carga. La cantidad de líneas por
unidad de área es proporcional a la intensidad del campo en un punto.
Un campo eléctrico uniforme tiene el mismo módulo, dirección y sentido en todos los puntos del espacio. Esto
ocurre, por ejemplo, en un condensador
de placas planas formado por dos placas paralelas entre
sí, con igual carga y de signo contrario.
Actividades
1. Realiza un mapa conceptual con las características y descripciones del campo eléctrico y las líneas de campo eléctrico (debe incluir todo el contenido de la guía)
2. Al definir el campo eléctrico, ¿por qué es necesario especificar que la magnitud de la carga de prueba es muy pequeña?
3. Explique que sucede con la magnitud del campo eléctrico de una carga puntual cuando r tiende a cero.
4. Una carga negativa se pone en una región del espacio donde el campo eléctrico está dirigido verticalmente hacia arriba. ¿cuál es la dirección de la fuerza eléctrica experimentada por esa carga?
5. Considere dos cargas puntuales iguales separadas una distancia d. ¿En qué parte, aparte del infinito, una tercera carga de prueba no experimentaría una fuerza neta?
6. ¿Qué aspecto tienen las líneas de campo cuando la intensidad del campo es la misma en todos los puntos de una región?
7. ¿Se puede construir un escudo para resguardarse del campo gravitatorio?, ¿se puede construir un escudo para resguardarse del campo eléctrico?
8. Dos cargas eléctricas de 3 y -8 μC están a dos metros. Calcular la intensidad de campo en el punto medio del trazo que une estas cargas.
9. Dos cargas positivas de 1,5 μC y 3 μC, que están separadas 20 cm. ¿En qué punto será nulo el campo eléctrico creado por esas cargas? entre ellas a 8,3 cm de la primera.
10. Determina el punto entre dos cargas puntuales de +2 mC y +5 mC en que el campo eléctrico es nulo. Ambas cargas se encuentran a 1 m de distancia.
Determina el vector campo eléctrico en un vértice de un cuadrado de lado 2 m producido por tres cargas iguales de –2 mC ubicadas en los tres vértices restantes
