REPRESENTACIÓN DE CAMPOS ELÉCTRICOS, MAGNÉTICOS Y GRAVITATORIOS

 
     
 

El concepto de campo que planteó Faraday es uno de los más fructíferos de la historia de la física al permitir una interpretación de las fuerzas eléctricas, las fuerzas magnéticas y las fuerzas gravitatorias como manifestaciones de las acciones que el campo ejerce sobre los objetos.

 
     
 
 

La animación adjunta reproduce parte del procedimiento que se ha de seguir para representar el campo electrostático creado por una carga puntual Q  o, también, por una esfera conductora con esa misma carga. Comenzamos colocando en varios puntos alrededor de la carga, Q, otra carga, q, a la que llamamos carga testigo o carga de prueba. La carga que produce el campo, Q, ejerce en cada lugar una determinada fuerza eléctrica, Fe sobre esa carga testigo, q (positiva por definición). La intensidad del campo electrostático en cada punto, E, se define como el cociente entre la fuerza ejercida sobre la carga testigo colocada ahí y el valor de dicha carga de prueba. El campo, E, se representa dibujando un vector de la misma orientación que tiene la fuerza que sufre la carga testigo ahí y de una longitud proporcional al valor de su intensidad, E.

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Siguiendo este procedimiento podemos llenar el espacio circundante a la carga Q de vectores que indican el campo que esa carga produce y la totalidad de tales vectores representa al campo electrostático en esa región.

 
 

A partir de este concepto, líneas de fuerza del campo se trazan dibujando líneas tangentes a los vectores que lo representan.  En este caso, son líneas abiertas, que forman un haz centrado en la carga que lo crea. Si dicha carga es positiva (como en el dibujo adjunto), 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. La representación de las líneas de fuerza de un campo también proporciona información de cómo es su intensidad, E, en cada lugar, puesto que es más intenso en las regiones donde se aprietan las líneas de fuerza (aumenta la densidad de las líneas de fuerza) y más débil donde las líneas de fuerza quedan más separadas.

 

 
     
 

Un campo (eléctrico, magnético o gravitatorio) puede ser producido por varios agentes (varias cargas, varios imanes o varias masas) Entonces, el vector que representa al campo resultante en cada punto se obtiene sumando los vectores-campo que produce cada uno de ellos.

 
     
 

 

 

La animación adjunta aplica este concepto para reproducir parte del procedimiento seguido en la representación del campo eléctrico generado por un sistema formado por dos cargas fijas.

Además de usarla, es recomendable resolver el problema usando lápiz y papel y considerando cada uno de los tres casos posibles para las cargas que producen el campo: ambas positivas, ambas negativas o una carga de cada signo.

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Del mismo modo que una carga eléctrica, Q, produce un campo eléctrico, un imán produce un campo magnético y un cuerpo de masa M produce un campo gravitatorio. El proceso seguido para representar cualquiera de estos campos es similar, aunque usando en cada caso el objeto de prueba adecuado (masa, carga o imán) según el campo de qué se trate.

 
     
 
 

La animación adjunta reproduce el procedimiento seguido en la representación del  campos gravitatorio existente en las proximidades de la superficie de la Tierra. La intensidad del campo gravitatorio en cada punto, Eg, se calcula en este caso dividiendo la fuerza gravitatoria total, Fg, que se ejerce ahí sobre una masa de prueba, m, entre el valor de dicha masa de prueba.

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Ya hemos dicho que Faraday introdujo este concepto investigando el campo magnético producido por una corriente eléctrica rectilínea. Del mismo modo, podemos aplicarlo al campo magnético producido por un imán rectangular. Alrededor de él debemos colocar pequeños imanes testigo (brújulas) siendo la orientación del campo magnético la misma que adquieren esos imanes testigo. Se pueden usar pequeñas limaduras de hierro para realizar experimentalmente este proceso. Bajo la influencia del imán, las limaduras se convierten temporalmente en pequeños imanes de prueba, que, una vez orientados, dibujan el trazo de las líneas de fuerza del campo magnético.

 

 
     
 

A modo de resumen, expresamos el concepto de campo diciendo que un cuerpo, un imán o una carga, producen una perturbación del espacio a la que llamamos respectivamente campo gravitatorio, campo magnético o campo eléctrico. El campo generado se extiende por el espacio, y cuando se coloca en otro lugar un segundo objeto de prueba (otro cuerpo, imán o carga), ese segundo objeto sufre la acción de una fuerza debida al campo existente ahí. Este documento recoge las principales expresiones operativas que definen al campo electrostático, el campo magnético y el campo gravitatorio.

 
 

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