Campo Electrostático

            Una distribución de cargas positivas o negativas da lugar al campo eléctrico. Se llama campo eléctrico a todo el espacio alrededor de un cuerpo, dentro del cual su acción es apreciable. El campo eléctrico presente en cualquier punto determinado se puede descubrir colocando una carga de prueba pequeña y positiva denominada (qo.)

El campo eléctrico debido a una distribución de carga y la fuerza que experimentan partículas cargadas en ese campo, se pueden visualizar en términos de las líneas de campo eléctrico. Las líneas del campo eléctrico son continuas en el espacio, en contraste al campo mismo, que está representado por un vector distinto en cada punto del espacio.

           

Pero hay casos que el campo se puede calcular mediante la ley de gauss; que permite hacerlo fácilmente para distribuciones simétricas de carga tales como cortezas esféricas e hilos infinitos. Para calcular el campo mediante esta ley, en primer lugar tenemos que determinar una superficie gaussiana que es imaginaria y cerrada, de manera que el campo sea constante y que sea paralelo o perpendicular al vector superficie; y también hay que considerar que si el campo es perpendicular al vector superficie, ese producto escalar será cero y si es paralelo, el producto escalar será igual al producto de los módulos ya que el coseno de 90º es igual a cero. El cálculo del campo eléctrico mediante la ley de gauss esta relacionado con las líneas de campo eléctrico. Estas salen de las cargas positivas y entran en las cargas negativas.

Define Campo Electrostático

En la física moderna, la noción de fuerza ha sido progresivamente desplazada por la de campo. Aplicado a la electrostática, este concepto permite sustituir la idea de las fuerzas puntuales que nacen y mueren en las cargas eléctricas por el principio de que la sola presencia de una carga induce una perturbación en el espacio que puede afectar a cualquier otra carga presente en sus proximidades. El manejo de campos permite describir los fenómenos según las propiedades observadas, sin referirse a las causas originales que los producen.

Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para influir entre ellas y por ello las fuerzas eléctricas son consideradas fuerzas de acción a distancia. En virtud de ello se recurre al concepto de campo electrostático para facilitar la descripción, en términos físicos, de la influencia que una o más cargas ejercen sobre el espacio que las rodea.

Comparación entre campo electrostático y gravitatorio

Existen campos conservativos, como el gravitatorio y el eléctrico, y no conservativos, como el magnético. Es útil recordar aquí que un campo conservativo se puede definir de una de estas tres maneras equivalentes:

• Existe una función, denominada potencial, cuyo gradiente, cambiado de signo, coincide con el vector intensidad de campo.

• La circulación del vector campo a lo largo de una trayectoria cualquiera entre dos puntos depende tan sólo de los puntos inicial y final y es independiente de la trayectoria.

• La circulación del vector campo a lo largo de una línea cerrada vale cero.

• Se observa, asimismo, que las líneas de fuerza de los campos gravitatorio y eléctrico son abiertas, es decir, empiezan en algún punto (fuentes del campo o el infinito) y terminan en algún otro (sumideros del campo o el infinito). Sin embargo, las líneas del campo magnético son cerradas, por tanto, no existen en ellas ni fuentes ni sumideros del campo.

• En los campos conservativos, como el gravitatorio, se puede definir una función potencial (escalar) y, a partir de ella, construir superficies equipotenciales. Las líneas de campo son perpendiculares a las superficies equipotenciales. Para el campo magnético no existe ninguna función escalar cuya variación permita obtener el valor de la intensidad del campo.

• Las fuerzas debidas a los campos gravitatorio y eléctrico son centrales, las debidas al campo magnético no lo son.

• Las fuerzas gravitatorias y eléctricas tienen la dirección del campo, mientras que las magnéticas son perpendiculares al mismo.

• Entre el campo gravitatorio y el eléctrico, aunque se dan analogías, existen también diferencias:

• El campo gravitatorio no tiene fuentes, sus líneas de campo siempre empiezan en el infinito. El campo eléctrico, por el contrario, puede tener fuentes y sumideros (serán fuentes las cargas positivas y sumideros las negativas).

• Las fuerzas del campo gravitatorio son siempre de atracción, mientras que las del campo eléctrico pueden ser tanto de atracción como de repulsión.

• Un punto material sólo crea campos gravitatorios, tanto si está en reposo como si está en movimiento. Una carga eléctrica, por el contrario, crea un campo eléctrico si está en reposo y uno eléctrico y otro magnético si está en movimiento.

• Cualquier cuerpo material crea un campo gravitatorio. Para crear un campo eléctrico hace falta, además, que el cuerpo esté cargado.

• Un campo eléctrico se puede apantallar, mientras que un campo gravitatorio no.

• Una partícula material, en reposo, abandonada a la acción del campo gravitatorio, inicia su movimiento en la dirección y sentido de éste. Sin embargo, una carga, en reposo y abandonada a la acción de un campo eléctrico, lo hace en la dirección del mismo, pero su sentido de movimiento es el del campo si la carga es positiva y el contrario si la carga es negativa.

Entre el campo eléctrico y el magnético, aunque se den diferencias, existen también analogías:

• Ambos campos ejercen fuerzas sobre cargas eléctricas.

• Un campo eléctrico variable crea un campo magnético, y viceversa (se estudiará también en capítulos posteriores).

• Existen dipolos eléctricos y dipolos magnéticos.

• Los dipolos, ya sean eléctricos o magnéticos, si tienen libertad para moverse, se orientan en el sentido del campo. Además, si el campo es inhomogéneo, son arrastrados hacia las zonas donde el campo es más intenso.

Intensidad de campo eléctrico en un punto

Se define intensidad del campo eléctrico Een un punto como la fuerza a la que estaría sometida la unidad de carga positiva colocada en dicho punto. E = (F/q)[N/C]

Está definida en cualquier punto del campo. El sentido del campo coincide con el sentido del movimiento que adquiriría una carga positiva colocada en dicho punto

Propiedades de líneas de fuerza de un campo eléctrico

Las propiedades de las líneas de fuerza son:

- Las líneas de fuerza van siempre de las cargas positivas a las cargas negativas ( o al infinito ).

- Las líneas siempre salen/entran simétricamente de las cargas.

- El número de líneas de fuerza es siempre proporcional a la carga.

- La densidad de líneas de fuerza en un punto es siempre proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.

 CONCLUSIÓN

El campo eléctrico no cambia en forma abrupta su dirección al pasar por una región del espacio libre de cargas. Así, en una región pequeña, las líneas del campo eléctrico son casi paralelas entre sí. En esta región podemos tomar un área pequeña que está orientada perpendicular a las líneas casi paralelas del campo.

La densidad de las líneas es proporcional a la intensidad del campo y éste decrece en función de 1/r . por lo tanto, la relación entre la intensidad del campo y la densidad de las líneas de campo eléctrico es automática si éstas ni se crean ni se destruyen en regiones en las que no haya cargas. La densidad de las líneas, que determina la magnitud del campo eléctrico, es una densidad por unidades de área.

El campo eléctrico tiene magnitud y dirección definidas en cualquier punto en el espacio.