Campo elctrico

Las cargaselctricas originan influencias en el espacio fsico que las rodea. Ese espacio que rodea una carga elctrica es sede de un campo de fuerzas. El campo de fuerzas que sufre perturbaciones se denominacampo elctrico o electrosttico. Para medir el grado de perturbacin que la carga ejerce en su entorno se emplea una magnitud fsica que se llamaintensidad del campo elctrico, que es la fuerza que la carga ejerce sobre la unidad de carga elctrica positiva colocada en el punto que se considere. Se define la intensidad de un campo elctrico como el cociente que resulta dividir la fuerza entre la carga deprueba.

IntroduccinTanto la fuerza elctrica como la gravitacional son ejemplos de fuerza de accin a distancia que resultan extremadamente difciles de visualizar.El campo de fuerza que rodea a una masa es un campo gravitacional. Si lanza al aire una pelota, sta describe una trayectoria curva. Por qu? El concepto de fuerza elimina el factor distancia. La pelota est continuamente en contacto con el campo.

Se puede decir que la trayectoria de la pelota es curva porque interacta con el campo gravitacional de la Tierra. Del mismo modo en que el espacio que rodea a la Tierra o a cualquier otra masa est lleno de un campo gravitacional, el espacio que rodea a toda carga elctrica est lleno de uncampo elctrico. En los campos gravitacional y elctrico no hay contacto entre los objetos, por lo que las fuerzas actan a distancia.

El peso de la esfera o fuerza gravitatoriagest equilibrado con la tensindel hilo. El desplazamiento de la esfera A con + qomodificando su estado de equilibrio, puede explicarse desde dos puntos diferentes:a) La esfera A con carga + qose desplaza, acercndose o alejndose de la esfera B, debido a un efecto de accin a distancia entre dos cuerpos cargados.b) La esfera A con carga + qose desplaza acercndose o alejndose de la esfera B debido a que la carga q de sta ltima esfera modifica las propiedades del espacio circundante, creando a su alrededor lo que se ha convenido en llamar un campo elctrico.c) Este campo elctrico se pone de manifiesto por la fuerza elctricaeatractiva o repulsiva, sobre la esfera A con carga + qo.

Nocin del campo elctricoEl campo elctrico tiene tanto magnitud como direccin. Su magnitud (Intensidad) puede medirse a partir del efecto que produce sobre las cargas que se encuentran en su dominio. Imagina una pequea carga de prueba , positiva, en un campo elctrico. Al representar una pequea esfera A con carga positiva + qoque se llama carga de prueba ( una carga muy pequea en la que se desprecia su propio campo elctrico),suspendidade un hilo aislante (pndulo elctrico) completamente alejada de cualquier otra carga elctrica.Un ejemplo tpico del punto de vista del campo elctrico son las antenas emisoras y receptoras de radio y televisin. En el circuito emisor de una estacin de radio, por ejemplo y en el circuito detector delos aparatosse encuentra una antena que en su forma ms simple consiste en una varilla metlica. Cada estacin emisora transmite sus programas con una frecuencia determinada, haciendo que en la antena los electrones semuevanperidicamente de un extremo a otro de la misma. Es decir, si en un instante un extremo de la varilla tiene exceso de electrones (carga negativa), el otro extremo tiene dficit de electrones (carga positiva). Un instante despus se invierte la polaridad.

Representacin del Campo elctricoLneas de campo elctrico.El campo elctrico es una cantidad vectorial. Una forma til de representar el campo elctrico es usando lneas de campo elctrico, tambin llamadaslneas de fuerza. Este concepto lo introdujo el fsico y qumico inglsMichael Faraday(1791-1867). El campo es dbil en los puntos en que las lneas estn ms separadas. Las lneas correspondientes a una sola carga se prolongan hasta el infinito, mientras que para dos o ms cargas opuestas las lneas emanan de una carga positiva y terminan en una carga negativa. Una ayuda conveniente para visualizar los patrones del campo elctrico es trazar lneas en la misma direccin que el vector de campo elctrico en varios puntos.

El vector campo elctricoes tangente a la lnea de campo elctrico en cada punto.El nmero de lneas por unidad de rea que pasan por una superficie perpendicular a las lneas de campo es proporcional a la magnitud del campo elctrico en esa regin. En consecuencia, el campo elctrico es grande cuando las lneas estn muy prximas entre s, y es pequeo cuando estn separadas.

Algunas lneas representativas del campo elctrico se aprecian por ejemplo, si se trata del campo elctrico creado por una carga positiva + q, las lneas de fuerza sern rectas radiales que parte de q y se pierden hacia el infinito. En cambio, el campo producido por una carga negativa - q tiene lneas de fuerzas radiales que proceden del infinito y terminan en la carga. Las lneas de fuerza del campo de dos cargas enfrentadas, + q y - q y nacen en la primera y terminan en la segunda, si bien algunas sealejanhasta distancias muy grandes. Tambin se pueden representar las lneas de fuerza de dos cargas positivas iguales. En un campo electroesttico no pueden existir lneas de fuerza cerradas. Si las lneas de fuerza son finitas, tienen siempre un comienzo y un extremo.

Las reglas para trazar las lneas de campo elctrico de cualquier distribucin de carga son las siguientes:1. Las lneas deben partir de cargas positivas y terminar en las cargas negativas, o bien en el infinito en el caso de un exceso de carga.2. El nmero de lneas que partan dela carga positiva o lleguen a la negativa es proporcional a la magnitud de la carga.3. Dos lneas de campo no puede cruzarse.4. Por un punto de un campo elctrico pasa una lnea de campo elctrico y slo una.5. El nmero de lneas de campo elctrico por unidad de rea perpendicular a las mismas, en cualquier punto del campo, es proporcional al mdulo del vectoren dicho punto.Intensidad del campo elctrico en un punto

Una carga positiva o negativa modifica las propiedades del espacio circundante creando a su alrededor un campo elctrico que se pone de manifiesto por un efecto de atraccin o de repulsin sobre una carga de prueba colocada en el campo. De acuerdo con esto, si en un punto O del espacio una carga puntual fija + q que se llama carga fuente y, dentro del campo elctrico de esta carga colocada en un punto P , situado a la distanciar, una carga puntual + qo, que se llama carga de prueba , sobre sta actuar una fuerza elctrica repulsivae

La fuerza que la carga fuente + q ejerce sobre la carga de prueba + qosituada en un punto determinado del campo es directamente proporcional a esta carga. Es deciraqo.En consecuencia, en un punto determinado de un campo elctrico el cociente/qoes constante. Esta constante se designa pory se llamaintensidad del campo elctricoen el punto. Se tiene entonces que:

La intensidaddel campo elctrico en un punto es una magnitud vectorial que se mide por el cociente entre la fuerzaque ejerce el campo sobre una carga de prueba positiva +qo, colocada en el punto y el valor de dicha carga.La direccin del vector intensidad del campo elctricoen un punto coincide con la direccin dery su sentido coincide con el de la fuerza elctricaeque acta sobre unacarga de prueba positivacolocada en el punto.En el Sistema Internacional (S.I) la unidad de fuerza es el Newton (New) y la unidad de carga elctrica es el Coulomb ( C ). Por consiguiente, la unidad S.I de intensidad del campo elctrico es el New/C.

Intensidad del campo originado por una carga fuente puntualConsidere una carga fuente puntual + q y situ una carga de prueba + qoa la distanciarde q. El mdulo de la fuerza que acta sobre la carga de prueba es, por la Ley de Coulomb:

Dividiendo por qolos dos miembros de la igualdad se tiene que:

es el mdulo de la intensidad del campo elctrico en el punto donde est situada la carga qo. Por consiguiente:

Esta ecuacin permite determinar el mdulo de la intensidad del campo elctrico asociada a una carga fuente puntual.Si la carga fuente q es positiva el vector campoest dirigido en sentido opuesto a la carga. En cambio si la carga fuente q es negativa, el vector campoest dirigido hacia la carga.

Intensidad del campo originado por una distribucin de cargas puntualesAl representar una distribucin de cargas fuentes puntualesq1,q2yq3fijas en diferentes puntos del espacio. Las distancias entre cargas y un punto P son respectivamenter1,r2yr3Las intensidades del campo elctrico que cada una de las cargas fuentes originan en P son1,2y3. La intensidad del campo resultanteRen el punto P se obtiene calculando separadamente las intensidades1,2y3que cada una de las cargas fuentes origina en el punto P y luego efectuando la suma vectorial de estas intensidades. Es decir:R=1+2+3Parancargas fuentes se tiene, en general:R=1+2+3...+n

El Campo Elctrico UniformeEs aqul en el cual el vector intensidad del campo elctrico tiene el mismo mdulo, direccin y sentido en todos sus puntos, en cuyos caso las lneas de campo elctrico son equidistantes y paralelas.Movimiento de cargas puntuales en un campo elctrico uniforme.Considere una partcula de masamy carga + q que se coloca en reposo dentro de un campo elctrico uniforme y luego se deja en libertad.

Como la partcula tiene carga positiva, es repelida por la placa positiva y atrada por la carga negativa. Su movimiento es anlogo al de un objeto que cae libremente en el campo gravitatorio terrestre. En efecto, en cualquier punto entre las placas la intensidad del campo elctrico es en mdulo:

Esta fuerza de mduloFes constante y origina en la partcula de masamuna aceleracin constante que viene dada, en mdulo, por:

Como la partcula parte del reposo, se aplican las ecuaciones del movimiento uniformemente variado con velocidad inicial nula (V0= 0 ). Se tiene as:

Velocidad final: Desplazamiento: Velocidad final al cuadrado: V2f=2.a.ySi la partcula es un electrn (masamy cargae) que se dispara con rapidez inicialV0perpendicularmente a un campo elctrico uniforme la partcula describe una trayectoria parablica mientras se mueve dentro del par de placas que originan el campo.El movimiento de la partcula dentro del campo elctrico es anlogo al de un proyectil que es disparado horizontalmente con velocidad inicialV0en el campo gravitatorio terrestre, por lo que se aplican las ecuaciones correspondientes al lanzamiento horizontal.

bibliografia

http://www.proyectosalonhogar.com/Enciclopedia_Ilustrada/Ciencias/Campo_Electrico.htm