CONCEPTO DE CAMPO ELÉCTRICO

 

 

 

 

Para interpretar la acción a distancia ejercida por las cargas eléctricas se requiere el concepto de campo, en este caso el campo eléctrico.

 

 

La animación adjunta reproduce el procedimiento que se ha de seguir para representar el campo eléctrico creado por una carga puntual, . Colocamos en varios puntos alrededor de la carga, Q, otra carga, q, positiva, a la que llamamos carga testigo o carga de prueba. En cada lugar, la carga que crea el campo, Q, ejerce  una determinada fuerza eléctrica, Fe sobre la carga testigo, q. Por definición, el campo electrostático en cada punto, E, es igual al cociente entre la fuerza ejercida sobre la carga testigo colocada ahí y el valor de dicha carga de prueba (E=Fe/qFe=q·E). Por lo tanto, el campo, E, se representa mediante un vector que tiene la misma orientación que la fuerza que sufre la carga testigo positiva y una longitud proporcional al valor de su intensidad, E.

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Siguiendo este procedimiento llenamos el espacio circundante a la carga Q de vectores que indican el campo que produce y la totalidad de tales vectores representa al campo electrostático en esa región. Las líneas de fuerza se trazan dibujando líneas tangentes a dichos vectores.

La representación obtenida muestra que el campo producido por una carga puntual es radial. Es decir, sus líneas son abiertas y forman un haz centrado en la carga que lo crea. Si dicha carga es positiva, la líneas "nacen" de ella y se dirigen hacia el infinito. Si la carga productora del campo es negativa, las líneas vienen desde el infinito para "morir" en ella.

   

 

Para obtener la expresión que calcula el campo eléctrico en cada punto alrededor de la carga, Q, reiteramos el procedimiento de colocar ahí la carga de prueba, q, y luego dividir la fuerza que sufre dicha carga de prueba, entre la propia carga, q. Se obtiene que el campo eléctrico producido por una carga puntual, Q, a una cierta distancia, r, vale:

 

 

El campo eléctrico puede ser creado por varias cargas. Entonces, el vector que representa al campo resultante en cada punto se obtiene sumando los vectores-campo que produce cada una de ellas.

La animación adjunta aplica este concepto para reproducir el procedimiento seguido en la representación del campo eléctrico generado por un sistema formado por dos cargas fijas. Antes de manipularla recomendamos resolver el problema usando lápiz y papel. Se han de considerar los tres casos posibles de las cargas que producen el campo: ambas positivas, ambas negativas o una carga de cada signo.

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El dibujo de las líneas del campo proporciona información cualitativa de cómo es la intensidad del campo, E, en cada lugar: Es más intenso en las regiones donde se aprietan las líneas de fuerza y más débil donde las líneas de fuerza quedan más separadas. En consecuencia, la intensidad del campo se relaciona con la densidad de las líneas de fuerza que lo representan.

 

 

Para muchas aplicaciones prácticas, en lugar de campos radiales interesa disponer de campos eléctricos uniformes y, a ser posible, de intensidad controlable. Un dispositivo capaz de conseguirlo es el condensador plano. Consta de dos placas metálicas enfrentadas y cargadas con la misma carga de signo opuesto. En el espacio interior entre ambas placas, las líneas del campo eléctrico resultan prácticamente paralelas, indicando que el campo eléctrico es uniforme ahí. Además, su intensidad se puede controlar modificando el valor de la carga que almacenan las placas, su superficie o la distancia entre ellas.

 

Además de los dos casos vistos aquí (campo radial y campo uniforme), cabe considerar otras muchas distribuciones de carga que producen campos eléctricos con líneas de fuerza de geometría diversa (por ejemplo, un hilo conductor, una esfera cargada, etc.). Quienes estén interesados, pueden descargar este documento, donde se resuelven éstos y otros ejemplos y se aportan conceptos útiles para ello (el concepto de flujo del campo eléctrico y el teorema de Gauss).


 
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Departamento de Física y Química del IES "Leonardo Da Vinci"