Luis Gonzalo Revelo Pabón

I.E.M.María Goretti

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CAMPO ELECTRICO (E)

El campo eléctrico (E) es el espacio que rodea a una carga eléctrica (+Q, o -Q), (llamada carga fuente) donde toda carga (+q) (llamada carga de prueba) que se encuentra en el campo eléctri-co soportara una fuerza eléctrica (F) de repulsión o de atracción.

Representación del Campo eléctrico y de las líneas de campo eléctrico (E)

El campo eléctrico es una cantidad vectorial. Una forma de representar al campo eléctrico es usando líneas de fuerza, concepto que fue introducido por el físico inglés Michael Faraday

Si se trata del campo eléctrico creado por una carga positiva +Q, entonces las líneas de fuerza serán rectas radiales que salen de +Q y se pierden hacia el infinito. En cambio, el campo eléc-trico producido por una carga negativa -Q las líneas de fuerzas son radiales que vienen del infinito y terminan en la carga.

LINEAS DE FUERZA ALREDEDOR DE UN DIPOLO (dos cargas)

Un dipolo está formado por dos cargas separadas a una cierta distancia. Las cargas pueden ser del mismo signo o de signo contrario. Entonces las líneas del campo eléctrico alrededor de un dipolo tienen la siguiente forma:

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Intensidad del Campo eléctrico en un pun-to.

Una carga positiva +Q o negativa –Q crea a su alrededor un campo eléctrico que se manifies-ta cuando se coloca una carga de prueba en el campo eléctrico observando en la carga de prueba un efecto de una fuerza de atracción o de repulsión.

Si en el punto O del espacio hay una carga puntual fija +Q que se llama Carga Fuente y, dentro del campo eléctrico generado por esta carga se coloca a una distancia r una carga +q, que se llama Carga de Prueba, (punto P) entonces sobre ésta carga actúa una fuerza eléctrica repulsiva F.

La fuerza que la Carga Fuente +Q ejerce sobre la Car-ga de Prueba +q situada en un punto determinado del campo es directamente proporcional a esta carga.

Por lo tanto, en un punto cualquiera del campo eléctrico al dividir la fuerza eléctrica F, entre el valor de la carga de prueba +q este valor será siempre constante. Esta constante se la designa por E y se llama Intensidad del

Campo Eléctrico en ese punto. Es decir que:

La intensidad E del campo eléctrico en un punto se mide por el cociente entre la fuerza F que ejerce el campo sobre una carga de prueba positiva +q, colocada a una distancia r de la

carga fuente Q.

La dirección del vector de la intensidad del campo eléctrico E en un punto cualquiera del campo coincide con la dirección de r y su sen-tido coincide con el de la fuerza eléctrica F que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en dicho punto.

. Debemos tener en cuenta que:

La carga fuente (±Q) es la que crea el campo eléctrico y no de la carga de prueba (q) que se sitúa en él.

Cuando mayor es la carga ±Q, mayor es la intensidad del campo eléctrico creado por ella.

Cuando más se aleja la carga de prueba q de la carga ±Q, entonces más débil será la intensidad del campo eléctrico.

La carga de prueba q, siempre se la toma positiva.

En el Sistema Internacional (S.I) la unidad de fuerza es el Newton (N) y la unidad de carga eléctrica es el Coulomb (C). Por lo tanto en el S.I la unidad de medida de la intensidad del

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campo eléctrico es el N/C.

Intensidad del campo originado por una carga fuente puntual

Considere una carga fuente + Q y situamos una carga de prueba +q a una distancia r de Q. Entonces el módu-lo de la fuerza que actúa sobre la carga de prueba, está dada por la Ley de Coulomb es:

Dividiendo por q los dos miembros de la igualdad se tiene que:

pero

Que es el módulo de la intensidad del campo eléctrico E en el punto donde está situada la carga qo. Por consiguiente:

Esta ecuación permite determinar el módulo de la intensidad del campo eléctrico asociada a una carga fuente Q.

Si la carga fuente Q es positiva entonces el vector del campo E está dirigido hacia afuera de la carga. En cambio si la carga fuente Q es negativa, entonces el vector campo E está dirigido hacia la carga.

Intensidad del campo originado por una distribución de cargas puntuales

Al representar una distribución de cargas fuen-tes puntuales +q1, +q2 y +q3 fijas en diferentes puntos del espacio cuyas distancias entre las cargas y el punto P son respectivamente r1, r2 y r3

Por lo tanto las intensidades de los campos eléctricos que cada una de las cargas fuentes originan en P son E1, E2 y E3. Donde la inten-sidad del campo resultante ER en el punto P se obtiene calculando separadamente las intensi-dades E1, E2 y E3 que cada una de las cargas fuentes origina en el punto P luego se efectúa la suma vectorial de estas intensidades.

Es decir: ER = E1+ E2 +E3

Para n cargas fuentes se tiene, en general:

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ER = E1+ E2 + E3...+ En , llamado PRINCIPIO

DE SUPERPOSICIÓN DE LOS CAM-

POS ELÉCTRICOS

El Campo Eléctrico Uniforme

Se llama campo eléctrico uniforme u homogéneo a aquel

campo que está representado por líneas de fuerzas

paralelas e igualmente espaciadas; en cuyos puntos

la intensidad del campo eléctrico es siempre la misma

en módulo, dirección, y sentido.

Características del campo eléctrico Uniforme:

La fuerza eléctrica (F) que actúa sobre una carga positiva, tiene igual sentido que el campo eléctrico.

La fuerza eléctrica (F) que actúa sobre una carga negativa, tiene sentido opuesto al campo eléctrico.

En ambos casos la fuerza eléctrica (F) que ac-túa sobre la carga eléctrica q, es igual a: F=qE

Movimiento de cargas puntuales en un campo eléctrico uniforme.

Considere una partícula de masa m y carga + q que se coloca en reposo dentro de un campo eléctrico uniforme y luego se deja en libertad.

Como la partícula tiene carga positiva, es repelida por la placa positiva y atraída por la carga negativa. Su movimiento es análogo al de un objeto que cae libremente en el campo gravitatorio terrestre. En efecto, en cualquier punto entre las placas la intensidad del campo eléctrico es en módulo:

→

Esta fuerza de módulo F es constante y origina en la partícula de masa m una aceleración constante que viene dada, en módulo, por:

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

Velocidad final:

Desplazamiento:

Velocidad final

√

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Si la partícula es un electrón (cuya masa es m y carga e) que se dispara con rapidez inicial V0 perpendi-cularmente a un campo eléctrico uniforme la partícula describe una trayectoria parabólica mientras se mueve dentro del par de placas que originan el campo.

El movimiento de la partícula dentro del campo eléctrico es análogo al de un proyectil que es disparado horizontalmente con velocidad inicial V0 en el campo gravitatorio terrestre, por lo que se aplican las ecuaciones correspondientes al lanzamiento horizontal.