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EL CAMPO ELÉCTRICO
1. Introducción
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
sigloXIX, 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 q1, y situamos
otra carga puntual q2 a una cierta distancia r de la primera, la carga q0 experimentará 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 (carga de prueba) 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.
1. Ley de Newton de la gravitación universal:
2. Ley de Coulomb para las fuerzas electrostáticas:
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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 espacio que rodea a un objeto cargado se altera en presencia de una carga.
Podemos postular entonces la existencia de un campo eléctrico en ese espacio.
Se dice que existe un campo eléctrico en una región de espacio en la que una
carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica.
Esta definición proporciona una prueba de la existencia de un campo eléctrico.
Basta colocar una carga en ese punto. Si se observa una fuerza eléctrica, entonces existe
un campo eléctrico en ese punto.
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Del mismo modo como la fuerza por unidad de masa constituye una definición
cuantitativa de un campo gravitacional, la intensidad de un campo eléctrico, puede
representarse mediante la relación entre la fuerza por unidad de carga. La intensidad del
campo eléctrico E en un punto, se suele definir en términos de la fuerza F que
experimenta una carga positiva pequeña +q cuando está colocada precisamente en ese
punto del espacio. La magnitud de la intensidad de la magnitud del campo eléctrico está
dada por:
Puesto que la intensidad de un campo eléctrico se define en términos de una
carga positiva, su dirección en un punto cualquiera es la misma que correspondería a la
fuerza electrostática sobre una carga positiva en ese mismo punto.
La dirección de la intensidad del campo eléctrico E en un punto en el espacio es la
misma que la dirección en la que una carga positiva se movería si se colocara en ese
punto.
Sobre esta base, el campo eléctrico en la vecindad de una carga positiva +Q sería
hacia afuera, o alejándose de la carga. En la proximidad de una carga negativa –Q, la
dirección del campo sería hacia adentro, o acercándose a la carga.
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Cabe recordar que la magnitud del campo eléctrico es una propiedad asignada al
espacio que rodea a un cuerpo cargado. Alrededor de la tierra existe un campo
gravitacional, haya o no una masa colocada sobre ella. De forma similar, alrededor de un
cuerpo cargado existe un campo eléctrico, haya o no una segunda carga localizada dentro
del campo. Si una carga se coloca dentro del campo, experimentará una fuerza F dada
por:
. . . (1)
donde: E = Intensidad del campo eléctrico.
q = Magnitud de la carga colocada en el campo.
Si “q” es positiva, entonces el campo eléctrico E y la fuerza F tendrán la misma dirección;
si “q” es negativa, La fuerza F estará en dirección opuesta al campo E.
CÁLCULO DE LA INTENSIADAD DEL CAMPO ELÉCTRICO.
Mediante la experimentación, es fácil demostrar que la magnitud del campo
eléctrico que rodea a un cuerpo cargado, es directamente proporcional a la cantidad de
carga contenida en el cuerpo. También puede demostrarse que en los puntos que se
alejan cada vez más de la carga Q, una carga de prueba q experimentará fuerzas cada
vez menores. La relación exacta se deduce de la Ley de Coulomb.
Sustituyendo este valor de F en la Ecuación (1) se obtiene que:
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