Campos Eléctricos

Campos Eléctricos

1. Propiedades de las cargas eléctricas

   • 1. Dado que la materia se compone de protones y electrones, y su carga es e, podemos deducir que la carga eléctrica es una magnitud cuantizada, o lo que es lo mismo, la carga eléctrica de cualquier cuerpo es siempre un múltiplo del valor de e.
   • 2. En cualquier caso, la carga eléctrica de un cuerpo se dice que es: Negativa, cuando tiene más electrones que protones. Positiva, cuando tiene menos electrones que protones. Neutra, cuando tiene igual número de electrones que de protones.
   • 3. En cualquier fenómeno físico, la carga del sistema que estemos estudiando es idéntica antes y después de que ocurra el fenómeno físico, aunque se encuentre distribuida de otra forma. Esto constituye lo que se conoce como el principio de conservación de la carga: La carga ni se crea ni se destruye ya que su valor permanece constante.
   • 4. Las cargas pueden circular libremente por la superficie de determinados cuerpos. Aquellos que permiten dicho movimiento reciben el nombre conductores y aquellos que no lo permiten se denominan aislantes.
   • 5. La fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas, tal y como establece la ley de Coulomb, depende del inverso del cuadrado de la distancia que los separa.

2. Objetos de Carga Mediante Inducción

   • La carga por inducción consiste en acercar un objeto cargado a otro en el cual se puede presentar una redistribución de cargas; de esta manera, cuando obtenemos, por ejemplo en una esfera, que se concentren cargas positivas, basta con aislar eléctricamente la misma para que esta conserve la carga que inducimos en ella.
   • La inducción es un proceso de carga de un objeto sin contacto directo. Para completar el proceso de una carga por la inducción se debe conectar brevemente el objeto a "tierra" y luego retirar el cuerpo cargado.
   • Cuando un objeto cargado se acerca a otro punto neutro, la redistribución de la carga se produce debido a la fuerza repulsiva generada por la carga del material cargado, por lo que hay carga o carga inductiva.

3. Ley de Coulomb

   • La Ley de Coulomb nos dice que la fuerza de atracción o repulsión de un cuerpo es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, generando un campo eléctrico.
   • 1. Campo eléctrico e intensidad de campo: - Región de espacio en la que una carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica. - La intensidad del campo eléctrico E en un punto se define en términos de la fuerza F que experimenta una carga positiva pequeña +q.
   • 2. Potencial eléctrico: El potencial eléctrico a una distancia “r” de una carga generadora se puede obtener de la siguiente forma: V = U/q, V = KQ/r
   • 3. Diferencia de Potencial: - Para mantener la diferencia de potencial constante, entre los extremos de un conductor se recurre a dispositivos como pilas, baterías, generadores. - De esta forma, se mantiene un flujo de cargas (corriente eléctrica) constante. - La diferencia de potencial entrega la energía necesaria para desplazar a los electrones dentro de un circuito.

4. El campo eléctrico

   • Es un campo físico que se representa por medio de un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.
   • Se puede describir como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica F dada por la siguiente ecuación: F = qE
   • Por medio del concepto de campo eléctrico, podemos reformular el problema al separarlo en dos pasos distintos. Piensa que una de las cargas genera un campo eléctrico en todo el espacio. La fuerza que actúa sobre una carga introducida en el campo eléctrico de la primera es provocada por el campo eléctrico en la posición de la carga introducida.

5. Campo eléctrico de una distribución de carga continua

   • Tienen distribuciones discretas de carga, sino que los puntos donde se encuentran las cargas están tan próximos entre sí que puede suponerse que se trata de una distribución continua de cargas. Para poder considerar estos casos, hay que considerar la ley de Coulomb mediante un paso al límite. Esto nos lleva a considerar el concepto de densidad de carga.
   • En efecto, si consideramos un volumen en el que se encuentra una distribución continua de carga con una carga total q, si consideramos un elemento de volumen D V, la cantidad de carga contenida en ese elemento será D q. De este modo, llamamos densidad volúmica de carga al cociente.
   • Cuando en el cuerpo material que tiene la carga existen una y dos dimensiones despreciables frente a la tercera, el cuerpo es básicamente superficial o lineal, se definen respectivamente las densidades superficial y lineal de carga.

6. Líneas de campo eléctrico

   • Una forma de representar el campo eléctrico es por medio de líneas de campo eléctrico (también se les denomina líneas de fuerza).
   • Una línea de campo eléctrico es una recta o curva imaginaria trazada a través de una región en el espacio, de modo que el vector de campo eléctrico en un punto sea tangente a la línea de campo eléctrico en ese punto.
   • Características de la linea de Campo Eléctrico
     • Las líneas de campo eléctrico se originan en cargas positivas y terminan en cargas negativas.
     • Las líneas de campo eléctrico terminan en cargas negativas
     • La cantidad de líneas de campo eléctrico que salen de una carga es proporcional a la magnitud de la carga.

7. Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme

   • Cuando una partícula cargada está en una región donde hay un campo eléctrico experimenta una fuerza igual al producto de su carga por la intensidad del campo eléctrico Fe=q·E.
   • Si el campo es uniforme la fuerza es constante y también lo es la aceleración, aplicando las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado podemos obtener la velocidad de la partícula en cualquier instante o después de haberse desplazado una determinada distancia
   • De forma alternativa, podemos aplicar el principio de conservación de la energía, ya que el campo eléctrico es conservativo La energía potencial q(V'-V) se transforma en energía cinética. Siendo V'-V la diferencia de potencial existente entre dos puntos distantes x. En un campo eléctrico uniforme V'-V=Ex.

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