El campo eléctrico se define en física como la región del espacio que rodea una carga eléctrica y ejerce una fuerza eléctrica sobre otras cargas dentro de ese campo.
Un campo eléctrico se origina debido a la propiedad fundamental que tienen las cargas eléctricas de ejercer fuerzas eléctricas a distancia.
Las cargas eléctricas, ya sean positivas o negativas, generan campos eléctricos a su alrededor que puede ser de atracción o repulsión, dependiendo de las cargas.
Si la carga es positiva genera un campo eléctrico que se dirige hacia afuera de esta, en cambio, de ser negativa generan campos eléctricos que se dirigen hacia adentro de la carga.
Además, la intensidad del campo eléctrico puede disminuir o aumentar a medida que se aleja o acerca un objeto a la carga fuente.
Es importante tener en cuenta que por ser el campo eléctrico una propiedad fundamental de las cargas eléctricas, este existe incluso cuando no hay cargas de prueba presentes en el espacio.
Intensidad del Campo Eléctrico. Cálculo y Unidades de Medida
La intensidad del campo eléctrico, también conocida como fuerza del campo eléctrico, es una medida de fuerza que ejerce el campo eléctrico en una carga de prueba colocada en un punto.
Entonces, la intensidad del campo eléctrico va a depender de la ubicación del punto (p) en el espacio alrededor de la carga fuente (Q), pudiendo ser más o menos intenso.
La intensidad del campo eléctrico se denota con la letra «E» en mayúscula y en el Sistema de Medidas Internacionales (SI) se mide en unidades de newtons por coulomb (N/C).
Expresado de manera matemática, la intensidad del campo eléctrico en un punto se calcula mediante la siguiente fórmula:
Donde:
- E: es el módulo del vector de la intensidad del campo eléctrico en el punto, medida en N/C.
- F: es la fuerza eléctrica experimentada por una carga de prueba colocada en el punto, medida en newtons (N).
- q: es la magnitud de la carga de prueba, medida en coulomb (C).
- Q: Valor de la carga fuente, medida en coulomb (C).
- d: distancia que existe desde la carga al punto donde se quiere hallar la intensidad del campo, expresado en metros.
- k: Constante de proporcionalidad que es igual a
Esto significa que la intensidad del campo eléctrico es la relación entre la fuerza eléctrica y la carga eléctrica.
Es posible calcular la intensidad del campo eléctrico en puntos específicos utilizando diferentes configuraciones de cargas eléctricas y aplicando los principios de la ley de Coulomb y el principio de superposición para calcular las fuerzas eléctricas en esas cargas de prueba.
Conociendo la intensidad de campo eléctrico, se puede determinar la fuerza (F) que actúa sobre una carga q, ubicada en el punto p:
El campo E tiene la misma dirección de la fuerza F y su sentido corresponde al sentido de la fuerza que actúa sobre una carga de prueba.
Representación Gráfica de un Campo Eléctrico
Como el campo eléctrico es invisible, es una cantidad vectorial se puede representar gráficamente mediante una flecha vectorial, como se ha notado en las figuras anteriores.
Las líneas de campo eléctrico se dibujan de tal manera que, en cada punto, la dirección de la línea indica la orientación de la fuerza eléctrica que experimenta una carga positiva si se colocara en ese punto.
De manera convencional, las líneas del campo eléctrico son siempre radialmente hacia fuera de las cargas positivas y, cuando las cargas son negativas se dibujan hacia adentro de la carga.
Las líneas de campo eléctrico cumplen las siguientes características:
- Las líneas comienzan en una carga positiva y terminan en una carga negativa.
- De ser una carga única, entonces los vectores comienzan o terminan en el infinito.
- Nunca se cruzan entre sí. Esto se debe a que, en un punto dado, solo puede haber una dirección de fuerza eléctrica resultante.
- Una mayor cantidad de líneas de campo eléctrico indican la región donde el campo eléctrico es más intenso, lo que representa una mayor fuerza eléctrica.
- Cuando las líneas se vuelven más dispersas, simboliza las regiones donde el campo eléctrico es más débil.
- El número de líneas del campo eléctrico es directamente proporcional a la magnitud de la carga.
Aplicación de Campo Eléctrico
Ejemplo. Una carga eléctrica de 5 μC colocada en un punto Q de un campo eléctrico, experimenta una fuerza de 0,008 N. Hallar la intensidad del campo eléctrico.
Solución: Para el caso se conoce que la carga es de 5 μC y la fuerza es de 0,008 N, por lo tanto, se aplica la fórmula:
La intensidad del campo eléctrico es de 1600 N/C