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Colegio Excelsior Depto. De Ciencias Nivel: 4º Medio El Campo Eléctrico � Definimos el campo eléctrico como aquella región del espacio en la que cualquier carga situada en un punto de dicha región experimenta una acción o fuerza eléctrica. � El campo eléctrico, introducido por primera vez por Faraday en la primera mitad del siglo XIX, constituye frente a la ley de Coulomb una forma nueva de describir la interacción entre dos cargas eléctricas en reposo: la ley de Coulomb es una ley de acción a distancia, como la ley de la gravitación universal de Newton para la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales: según la ley de Coulomb, cuando tenemos una cierta carga puntual q, y situamos otra carga puntual q0 a una cierta distancia r de la primera, la carga q0 experimentara de forma instantánea y a distancia una fuerza que, según la ley de Coulomb, es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Usando el concepto de campo, la interacción entre dos cargas eléctricas se describe de una forma muy distinta: de acuerdo con esta interpretación, la carga q da lugar a una alteración (o cambio) en las propiedades del espacio que la rodea, de modo que cualquier carga q0 situada en un punto de dicha región experimenta una acción eléctrica. Dicho de otro modo, la carga q produce algo en el espacio que la rodea, y este algo actúa sobre cualquier carga situada en un punto de dicho espacio, produciendo la fuerza que actúa sobre dicha carga. Este espacio, dotado de una propiedad nueva debido a la carga q, es lo que hemos denominado campo eléctrico. � El campo eléctrico tiene su origen en cargas eléctricas (cargas puntuales, distribuciones continuas de carga o todas ellas al mismo tiempo). Las cargas que dan lugar a un campo eléctrico dado suelen recibir el nombre de cargas fuente. � El concepto de campo fue introducido, como hemos dicho antes, por primera vez por Faraday para describir las interacciones eléctricas. En la actualidad, desempeña un papel fundamental en la Física: todas las interacciones conocidas se describen en términos del concepto de campo. El Vector Intensidad de Campo Eléctrico � Para que el concepto de campo sea útil es necesario encontrar una cantidad física que permita caracterizar adecuadamente en cada punto del espacio el campo creado por una distribución de cargas dada. � Esta cantidad es una magnitud vectorial, que se designa mediante la letra E, y que recibe el nombre de vector intensidad de campo eléctrico, vector campo eléctrico, o simplemente campo eléctrico. Definimos el vector campo eléctrico E en un punto como la fuerza que se ejerce sobre una carga prueba positiva q0 colocada en dicho punto dividida por el valor de la carga prueba q0 o, dicho de otro modo, la fuerza que se ejerce en dicho punto sobre la unidad de carga positiva: donde Fq0 es la fuerza que se ejerce en dicho punto sobre la carga prueba q0. Por tanto, para determinar E en un punto se sitúa una carga prueba q0 en dicho punto y se mide la fuerza Fq0 que se ejerce sobre ella; el valor de E se obtendrá entonces usando. � En relación a E es interesante hacer notar los siguientes puntos: las unidades de E en el sistema internacional son de Newton/Culombio;el valor de E depende solo del punto en que se mide y de la distribución de cargas que crea el campo, pero no de la carga prueba q0 usada para determinar E mediante la relación. Se trata por tanto de una cantidad característica de la distribución de cargas que crea el campo y del punto considerado. Una vez conocido el campo E en un punto, se puede determinar inmediatamente la fuerza que se ejercerá sobre una carga cualquiera q0 en dicho punto. Dado que el campo eléctrico lo describimos en cada punto mediante una magnitud vectorial (E) decimos que el campo eléctrico es un campo vectorial. Además, como la magnitud E es una fuerza (fuerza por unidad de carga) decimos que el campo eléctrico es un campo de fuerzas. Líneas de Campo Eléctrico � Faraday introdujo el concepto de líneas de campo eléctrico o líneas de fuerza como ayuda para visualizar la estructura del campo eléctrico asociado a una distribución de cargas. � Una línea de campo eléctrico o línea de fuerza se define como una línea imaginaria dibujada de tal manera que su dirección y sentido en cualquier punto es la dirección y sentido del campo eléctrico en dicho punto. Por tanto, las líneas de campo eléctrico son tangentes en cada punto al campo eléctrico en dicho punto. � Propiedades: las líneas de campo dan información no solo sobre la dirección y sentido del campo eléctrico, sino también acerca de su magnitud. Las propiedades fundamentales de las líneas de campo, que además pueden considerarse como las reglas básicas para trazar las líneas de campo asociadas a un cierto sistema de cargas, se pueden resumir del siguiente modo: 1.- Las líneas de campo eléctrico comienzan en las cargas positivas (o en el infinito), y terminan en las cargas negativas (o en el infinito). Es por ello que decimos que las cargas positivas constituyen las fuentes de las líneas de campo, y las cargas negativas los sumideros de las líneas de campo eléctrico. 2.- La magnitud del campo eléctrico en un punto es proporcional a la densidad de líneas de campo en dicho punto. Por densidad de líneas de campo en un punto se entiende el número de líneas de campo que pasan por unidad de área a través de una superficie perpendicular a las líneas de campo en dicho punto. De este modo, la magnitud de E será grande aquellas regiones en que las líneas de campo estén muy próximas entre sí, y pequeña en donde las líneas de campo estén separadas. 3.- Dos líneas de campo no pueden cortarse en un punto. Fijarse en que si dos líneas de campo se cortaran en un punto, eso significara que tendríamos en dicho punto dos vectores campo distintos, lo cual es imposible (solamente las líneas de campo pueden juntarse en una carga positiva, donde nacen, o en una carga negativa, donde terminan). Estas son las propiedades básicas de las líneas de campo, a las que cabria añadir: 4.- Las líneas de campo se dibujan simétricamente saliendo o entrando de la carga. 5.- El número de líneas que abandonan una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a la carga. 6.- A grandes distancias de una distribución finita de cargas, las líneas de campo están igualmente espaciadas y son radiales como si procediesen de una sola carga puntual igual a la carga total de la distribución. En la figura 4 se muestran a modo de ejemplo las líneas de campo correspondientes a configuraciones sencillas de carga: una carga puntual positiva, una carga puntual negativa, dos cargas iguales pero de signo opuesto separadas una cierta distancia (es decir, un dipolo), dos cargas iguales positivas separadas una pequeña distancia, y un sistema formado por una carga positiva de valor 2q y una carga negativa -q separadas una pequeña distancia.