Campo eléctrico
Los
fenómenos eléctricos
, indivisiblemente
unidos a los magnéticos, están presentes en
todas partes, ya sea en las tormentas, la
radiación solar o el cerebro humano.
Modernamente, sus propiedades se aprovechan
en múltiples campos de actividad, y la
Carga eléctrica
• La carga eléctrica es una
propiedad física intrínseca de algunas particulas, que las caracteriza y por la cual sufren la interacción
electromagnética. En el Sistema Internacional de Unidades se mide
en culombios y en las fórmulas físicas suele representarse con la letras q o Q. • Se clasifica en carga positiva y
negativa. Las cargas del mismo signo se repelen mientras que las de signo contrario se atraen.
• La carga eléctrica aparece en la naturaleza cuantizada, es decir,
siempre es múltiplo de una cantidad fundamental: el valor absoluto de la carga del electrón o del protón:
Propiedades de la carga eléctrica
• La carga eléctrica total permanece
constante en todo proceso
(conservación de la carga neta).
• La carga eléctrica siempre está
Ley de Coulomb
1 2 2 1 12 2 2 2 1 21u
r
Q
Q
K
F
u
r
Q
Q
K
F
•La fuerza está dirigida a lo largo de la recta que une ambas cargas.
•Es repulsiva si las cargas son del mismo signo, y de atracción si son de signo distinto
•Son fuerzas a distancia
•Siempre se presentan a pares, tienen igual módulo y dirección pero sentidos opuestos.
•Cumplen el principio de
4
1
K
ε y en el vacío vale es la permitividad,Intensidad del campo eléctrico
u
r
Q
K
E
2
La intensidad del campo eléctrico en un punto del
espacio es la fuerza que actuaría sobre la unidad de
carga positiva situada en ese punto
•Es radial y disminuye con el cuadrado de la distancia: es un campo central
•Su sentido depende del signo de Q
F
q
E
Energía potencial eléctrica
B A B A B A PB PAr
dr
KQq
r
d
u
r
K
r
d
F
E
E
2
2La diferencia de energía potencial eléctrica de una carga entre
dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por el campo para
trasladar la carga de A hasta B
C
r
K
E
r
K
r
K
E
E
P B A PB PA
La energía potencial eléctrica de una carga q en un punto del espacio es el trabajo quePotencial eléctrico
La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por el campo eléctrico para trasladar una carga de 1 C desde A hasta B
BA B
A
V
E
d
r
V
B
A
B
A
r
Q
K
r
Q
K
V
V
Asignando un potencial cero a los puntos
situados a una distancia infinita de Q se obtiene:
r
Q
K
V
La unidad de
Trabajo y potencial eléctrico
)
(
V
A
V
B
q
W
E
P
qV
Trabajo del campo positivo
(W>0)
Trabajo del campo negativo
(W<0)
-La carga q se desplaza por
las fuerzas del campo
eléctrico
-La carga q se desplaza por
fuerzas exteriores al campo
eléctrico
-La carga q disminuye su
energía potencial eléctrica.
-La carga q aumenta su
energía potencial eléctrica.
- Ocurre al separar dos cargas
de igual signo o acercarlas si
son de signo opuesto
- Ocurre al acercar dos cargas
de igual signo o separarlas si
son de signo opuesto
Representación del campo eléctrico
Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de campo. Son líneas imaginarias que
describen, si los hubiere, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, las líneas de fuerza indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase
libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado.
Representación del campo
eléctrico(2)
Dos cargas puntuales del mismo
Superficies equipotenciales
• Las superficies equipotenciales son aquellas en las que
el
potencial toma un valor constante
. Por ejemplo, las
Flujo eléctrico
Se define como el número
de líneas de campo que
atraviesan una
determinada superficie.
Conviene resaltar que
no
hay nada material que
realmente circule
a
través de dicha
superficie.
Como se aprecia en la figura anterior, el número de líneas de campo que atraviesan una
Teorema de Gauss
El flujo del campo eléctrico a través de
cualquier
superficie cerrada
es igual a la carga Q
contenida dentro de la superficie, dividida por la
constante ε
0.
Campo creado por un plano infinito
Campo producido por una
distribución esférica de carga.
Φ =
∫
SGE.dS =
∫
S1E.dS = E.S
G=
E.4.π.r²
- Aplicamos el teorema de
Gauss:
Φ = Q/ε
0; E.4.π.r² = Q/ε
0El campo eléctrico creado por una distribución esférica de
Comportamiento de la materia en
presencia de campos eléctricos
•
Los materiales conductores permiten el
movimiento libre de cargas por su
interior.
•
Los aislantes o dieléctricos ofrecen
gran dificultad al libre movimiento de
cargas: no conducen la corriente
Conductores
• Cuando un conductor se ve
sometido a un campo eléctrico, las cargas se redistribuyen hasta que se alcanza el equilibrio
electrostático, en el cual las cargas se encuentran en reposo.
• La condición de reposo implica que la fuerza neta sobre cada carga es nula.
• Puesto que la fuerza sobre las cargas en reposo es una fuerza eléctrica, la condición de equilibrio implica que en el material
Conductores (2)
Como consecuencia de la condición de equilibrio electrostático • El campo eléctrico es nulo en el material conductor
• El material conductor es equipotencial.
• No hay densidad de carga de volumen en el material.
• Toda la carga está almacenada en las superficies del conductor. • No hay líneas de campo que vayan de un conductor a él mismo. • El campo justo fuera del conductor es perpendicular a la superficie. • El campo justo fuera del conductor es de la forma
0
Dieléctricos
Dieléctricos polares
Dieléctricos no
polares
•Si al dieléctrico se le aplica un campo eléctrico, estas moléculas
llamadas dipolos, no se desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales, sino que se orientan segun el campo aplicado. •Con esta situación se dice que el
dieléctrico ha sido polarizado.
•Cuando se aplica un campo
eléctrico intenso a este dieléctrico, las moléculas se transforman
en dipolos orientados según el campo aplicado.
•En este tipo de polarización, cuando el campo eléctrico desaparece, las moléculas recobran simetría anterior.
