Intensidad de campo eléctrico

Líneas de fuerza del campo eléctrico

Fig. 1: Cualquier partícula cargada produce un campo eléctrico que puede representarse con líneas.

Generalmente, las líneas de campo eléctrico apuntan hacia una carga negativa y se alejan de una carga positiva.

Fig. 2 Líneas de campo de una partícula con carga positiva (izquierda) y una partícula con carga negativa (derecha).

Cuanto más densas sean las líneas de fuerza, más fuerte será el campo. Las líneas de fuerza también son útiles, si muchas cargas interactúan entre sí. La siguiente figura es un ejemplo de cargas que son opuestas.

Fig. 3: Las cargas iguales se repelen, como se indica con las líneas de campo de las dos cargas positivas.

Fórmula de la intensidad de campo eléctrico

Podemos medir el campo eléctrico generado por una carga puntual calculando su intensidad de campo eléctrico.

La fórmula para calcular la intensidad de campo eléctrico es:

\[E=\dfrac{F}{Q}\]

Aquí:

• \(E\) es la intensidad del campo eléctrico, medida en Newtons por Coulombs.
• \(F\) es la fuerza,, en Newtons.
• \(Q\) es la carga en Coulombs.

La intensidad de campo depende, principalmente, de dónde se encuentre la carga en el campo. Si una carga se encuentra donde las líneas de campo son densas, la fuerza experimentada será más fuerte.

Asumiremos las cargas como cargas puntuales, lo que significa que toda la carga se concentra en el centro y tiene un campo radial.

Fig. 4: Cargas puntuales en un campo eléctrico y las fuerzas que se ejercen sobre ellas.

En un campo eléctrico radial, la intensidad del campo eléctrico puede representarse como:

\[E=K_c\dfrac{Q}{r^2}\]

Donde:

• \(E\) es la intensidad del campo eléctrico medida en Newtons por Coulomb.
• \(Kc\) es la constante de Coulomb con un valor de \(8,99\cdot 10^9\).
• \(Q\) es la carga puntual en culombios.
• \(r\) es la distancia de la carga puntual en metros.

La intensidad del campo eléctrico sigue la ley del cuadrado inverso: si la distancia a \(Q\) aumenta, la intensidad del campo disminuye.

Aplicaciones de un campo eléctrico

Si tomamos dos placas cargadas (una positiva y la otra negativa) y aplicamos una tensión a través de ellas, entonces entre las placas se inducirá un campo eléctrico paralelo y uniformemente distribuido.

Fig. 5: La intensidad del campo eléctrico actúa perpendicularmente a las placas.

Como la intensidad del campo eléctrico es la fuerza experimentada por una carga de \(1 \, \, \mathrm{C}\), la fuerza que actúa sobre una partícula cargada positivamente puede considerarse igual a la diferencia de potencial aplicada a través de las placas. Por lo tanto, para el ejemplo de la Figura 5, la ecuación de la intensidad de campo eléctrico es:

\[E=\dfrac{V}{d}\]

Aquí:

• \(E\) es la intensidad del campo eléctrico (\(\mathrm{V/m}\) o \(\mathrm{N/C}\)).
• \(V\) es la diferencia de potencial, en voltios.
• \(d\) es la distancia entre las placas, en metros.

Así, si ponemos una carga de prueba en un campo eléctrico uniforme, va a experimentar una fuerza hacia el extremo negativo del terminal, o placa. Y como este campo es uniforme, la intensidad del campo eléctrico será la misma, independientemente del lugar del campo en el que se coloque la carga de prueba.

Campo eléctrico uniforme

Fig. 6: Una carga de prueba experimenta una fuerza dentro de un campo uniforme.

Fuerza del campo para carga con velocidad

El escenario anterior es para una carga de prueba colocada dentro de un campo eléctrico uniforme. Pero, ¿qué ocurre si una carga entra en un campo eléctrico con una velocidad inicial?

Si una carga entra en un campo eléctrico uniforme con cierta velocidad inicial, se curvará, y la dirección dependerá de si la carga es positiva o negativa.