01-Intensidad del campo eléctrico

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Resumen: Campo eléctrico

En lugar de pensar que dos cargas interactúan mágicamente a distancia, la física propone que una carga altera las propiedades del espacio que la rodea. A esta perturbación o propiedad del espacio se la llama Campo Eléctrico. Si colocamos una segunda carga en esta región, la fuerza que sentirá no se la aplica la primera carga directamente a la distancia, sino que se la aplica al campo eléctrico presente en ese punto exacto.

1. Concepto de campo y carga de prueba

Para comprobar experimentalmente si en un punto del espacio existe un campo eléctrico, la física utiliza una herramienta teórica llamada carga de prueba (denotada como $q^{'}$ ). Si colocamos un cuerpo cargado ( $q^{'}$ ) en un punto y observamos que se ejerce sobre él una fuerza de origen eléctrico, entonces afirmamos categóricamente que en ese lugar existe un campo eléctrico.

Dirección y sentido del campo eléctrico

El campo eléctrico es una magnitud vectorial (tiene módulo, dirección y sentido). Por convención universal, la dirección de un campo eléctrico en un punto es la misma que la dirección de la fuerza ejercida sobre una carga de prueba positiva colocada en ese punto.

Si la carga que genera el campo es positiva, el campo "sale" o se aleja de ella.
Si la carga que genera el campo es negativa, el campo "entra" o se acerca a ella.
Dato clave: La fuerza sobre un electrón (carga negativa) siempre será en sentido exactamente opuesto a la dirección del campo.

2. Definición matemática

Intensidad del campo eléctrico

El valor del campo eléctrico en cualquier punto, representado por $E$ , se define matemáticamente como el cociente obtenido al dividir la fuerza $F$ ejercida sobre un cuerpo de prueba, por la cantidad de carga $q^{'}$ de dicho cuerpo:

E = \frac{F}{q^{'}}

En otras palabras, la intensidad del campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga.

Unidad en el SI: Newton por Coulomb ( $N / C$ )
Fuerza sobre una carga: Despejando la ecuación, si conocemos el campo $E$ en un lugar, la fuerza que sentirá cualquier carga $q^{'}$ al pasar por ahí será $F = q^{'} \cdot E$ .

3. Principio de superposición

¿Qué pasa si el campo lo generan muchas cargas a la vez? Si varias cargas puntuales ( $q_{1}, q_{2}, q_{3}, . . .$ ) están alrededor de un punto $P$ , el campo eléctrico resultante en $P$ es simplemente la suma vectorial de los campos individuales que crearía cada carga por separado:
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E_{r e s u l t a n t e} = E_{1} + E_{2} + E_{3} + . . .

4. Detalle teórico fino

Condiciones estrictas para la definición del campo.

1. La carga de prueba debe ser infinitesimal ( $q^{'} \to 0$ ): Si queremos medir el campo eléctrico en el vacío cerca de un conductor esférico cargado positivamente, y acercamos una carga de prueba $q^{'}$ muy grande, la repulsión entre las cargas deformará la distribución original en la esfera. Para que el campo medido sea realmente el original y no uno perturbado por nuestra propia medición, la teoría exige usar una carga de prueba infinitesimal.

2. Velocidad de propagación: A diferencia de la gravedad que en la época de Newton se creía de propagación instantánea, los efectos electromagnéticos se propagan por el vacío a la velocidad de la luz ( $3 \cdot 10^{8} m / s$ ). Si una carga se mueve de repente, el campo a 10 metros de distancia tardará un instante ínfimo en actualizarse.

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