Campo eléctrico

Cargas eléctricas. Propiedades. Ley de Coulomb. Magnetismo. Fuerza electrostática. Principio de superposición. Campo eléctrico. Intensidad. Líneas. Superficies equipotenciales. Energía potencial equilectrostática

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Campo eléctrico

Propiedades de las cargas eléctricas

Carga eléctrica es todo cuerpo que está electrizado. Se denomina carga puntual al cuerpo eléctrico sin dimensiones.

Dos clases de cargas:

  • Positivas. De esta carga son portadores los protones.

  • Negativas. De ella son portadores los electrones.

Las cargas del mismo signo se repelen y las cargas de signo contrario se atraen.

La carga se conserva. En la electrización la carga solamente se transmite de unos cuerpos a otros, la carga total permanece constante. Las partículas que pasan siempre de unos cuerpos a otros son los electrones.

La carga está cuantizada. Ésta es la que posee el electrón.

Ley de Coulomb

El valor de la fuerza con que se atraen o se repelen dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de dichas cargar e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.

Módulo:

F = K Q · q

r2

K = 9 x 109 N m2 / C2

  • La fuerza electrostática es una fuerza conservativa.

  • La ley de Coulomb solamente es válida para cargas puntuales y para cuerpos finitos de forma esférica que estén alejados.

  • La unidad SI de carga es el culombio.

- El microculombio: 1µC = 10-6 C

- El nanoculombio: 1nC = 10-9 C

- El picoculombio: 1pC = 10-12 C

Fuerza sobre una carga puntual ejercida por un sistema de cargas puntuales. Principio de superposición

La fuerza resultante sobre una cualquiera de ellas es igual a la suma vectorial de las fuerzas debidas a las demás cargar por separado, propiedad que recibe el nombre de principio de superposición.

F1 = F2,1 + F3,1 + F4,1

Campo eléctrico

Un campo eléctrico queda determinado por:

  • Intensidad en cada uno de sus puntos.

  • Líneas de fuerza o líneas de campo.

  • Potencial en cada uno de sus puntos.

Intensidad del campo eléctrico

Fuerza eléctrica F que actúa sobre una unidad de carga de prueba positiva colocada en ese punto. Se mide en N/C

Cuando un campo tiene la misma intensidad, la misma dirección y el mismo sentido es en todos sus puntos un campo uniforme.

F = E · q

E = K Q/r2

Si la carga Q es positiva, el campo que crea tiene sentido hacia fuera y si la carga Q es negativa, el sentido del campo es hacia ella.

Líneas del campo eléctrico

El campo eléctrico se representa gráficamente mediante las llamadas líneas de campo o líneas de fuerza.

  • Indican la dirección del campo E. Se dibujan de manera que son tangentes a la dirección del campo en cada punto.

  • Su densidad indica la intensidad del campo.

  • Son abiertas.

  • El número de líneas que salgan de una carga positiva o entren en una carga negativa debe ser proporcional a dicha carga.

  • Las líneas de campo no pueden cortarse.

  • Si el campo es uniforme, las líneas de campo son rectas paralelas.

  • Potencial eléctrico creado por una carga puntual “Q” en un punto

    W A,B = EpA - EpB

    B

    W A,B = "A E · dr

    E= K Q/r2

    Ecuación que permite calcular el potencial eléctrico creado por una carga Q en cualquier punto de un campo eléctrico, a una distancia “r” de ella es:

    V = K Q/r Unidad: el Voltio (V)

    El potencial eléctrico creado por una carga Q en un punto a una distancia “r” de ella es el trabajo realizado por la fuerza eléctrica del campo para trasladar la unidad de carga positiva (q=1 C) desde dicho punto hasta el campo infinito:

    "

    VA = WA," = "A E · dr

    Consecuencias

  • Al ser el potencial una magnitud escalar, tiene el signo de la carga

  • W A,B = q (VA - VB)

  • Las cargas positivas se mueven espontáneamente a favor de las líneas del campo, o sea, desde los potenciales mayores a los menores.

  • Las cargas negativas se mueven espontáneamente desde los puntos de menor potencial hasta los de mayor potencial, es decir, en contra del campo eléctrico.

  • Si tenemos varias cargas:

  • Vp = V1 + V2 + V3 + …….

    Superficies equipotenciales

    Si trasladamos una carga cualquiera sobre una superficie equipotencial el trabajo realizado por la fuerza eléctrica es cero.

    Las líneas del campo eléctrico son siempre perpendiculares a las superficies equipotenciales y van dirigidas desde los puntos de mayor potencial a los de menor.

    Energía potencial electrostática

    Ep = K Q · q / r

    Relación entre campo eléctrico y potencial eléctrico

    E = - dV / dr

    El vector intensidad del campo eléctrico en una dirección determinada es igual a menos la variación del potencial eléctrico en esa misma dirección.

    • Se expresa en V/m.

    • Si el desplazamiento es perpendicular al campo eléctrico, el potencial no varía, por lo que implica que V es constante.

    • La variación más grande de V se produce cuando el desplazamiento es paralelo o antiparalelo a E, ya que entonces el producto escalar E dr = ± 1

    • El signo menos que aparece en el segundo miembro de la ecuación indica que el sentido del campo eléctrico es el dirigido hacia los potenciales decrecientes.

    • La diferencia de potencial entre dos puntos A y B de un campo eléctrico uniforme será:

    Vo - Vf = E · d

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