Campo eléctrico

Enviado por Programa Chuletas y clasificado en Física

Escrito el en español con un tamaño de 35,39 KB

 

campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1 Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica f.

Definición Mediante la ley de Coulomb:Partiendo de la
ley de Coulomb que expresa que la fuerza entre dos cargas en reposo relativo depende del cuadrado de la distancia, matemáticamente es igual a:1

Descripción del campo eléctrico: Matemáticamente un campo se lo describe mediante dos de sus propiedades, su divergencia y su rotacional. La ecuación que describe la divergencia del campo eléctrico se la conoce como ley de Gauss y la de su rotacional es la ley de Faraday.1
ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada y la carga eléctrica encerrada en esta superficie. De esta misma forma, también relaciona la divergencia del campo eléctrico con la densidad de carga.

Ley de faraday:La Ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente Ley de Faraday) se basa en los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa unasuperficie cualquiera con el circuito como borde.
Campo electrostático (cargas en reposo)

Un caso especial del campo eléctrico es el denominado electrostático. Un campo electrostático no depende del tiempo, es decir es estacionario. Para este tipo de campos la Ley de Gauss todavía tiene validez debido a que esta no tiene ninguna consideración temporal, sin embargo, la Ley de Faraday debe ser modificada. Si el campo es estacionario, la parte derecha de la ecuación (13) y (14) no tiene sentido, por lo que se anula:

lineas de campo: Un campo eléctrico estático puede ser representado geométricamente con líneas tales que en cada punto el campo vectorial sea
tangente a dichas líneas, a estas líneas se las conoce como "líneas de campo". Matemáticamente las líneas de campo son las curvas integrales del campo vectorial. Las líneas de campo se utilizan para crear una representación gráfica del campo, y pueden ser tantas como sea necesario visualizar.
Campo electrodinámico (movimiento uniforme)
El campo eléctrico creado por una carga puntual presente
isotropía espacial, en cambio, el campo creado por una carga en movimiento tiene un campo más intenso en el plano perpendicular a la velocidad de acuerdo a las prediciones de la teoría de la relatividad.

Campo electrodinámico (movimiento acelerado)
El campo de una carga en movimiento respecto a un observador se complica notablemente respecto al caso de
movimiento uniforme si además de un movimiento relativo la carga presenta un movimiento acelerado respecto a un observadorinercial
Energía electromagnética;La energía electromagnética es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las intensidades del campo magnético y campo eléctrico.

Representación del campo eléctrico

Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de fuerza. 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.

LA SUPERPOSICIÓN DE LOS CAMPOS ELÉCTRICOS
La descripción de la influencia de una carga aislada en términos de campos puede generalizarse al caso de un sistema formado por dos o más cargas y extenderse posteriormente al estudio de un cuerpo cargado. La experiencia demuestra que las influencias de las cargas aisladas que constituyen el sistema son aditivas, es decir, se suman o superponen vectorialmente. Así, la intensidad de campo E en un punto cualquiera del espacio que rodea dos cargas Q1 y Q2 será la suma vectorial de las intensidades E1 y E2 debidas a cada una de las cargas individualmente consideradas.
Cómo se define el vector intensidad de campo eléctrico?
La fuerza eléctrica que en un punto cualquiera del campo se ejerce sobre la carga unidad positiva, tomada como elemento de comparación, recibe el nombre de intensidad del campo eléctrico y se representa por la letra E. Por tratarse de una fuerza la intensidad del campo eléctrico es una magnitud vectorial que viene definida por su módulo E y por su dirección y sentido. En lo que sigue se considerarán por separado ambos aspectos del campo E.

¿Cuál es su expresión matemática?
La expresión del módulo de la intensidad de campo E puede obtenerse fácilmente para el caso sencillo del campo eléctrico creado por una carga puntual Q sin más que combinar la ley de Coulomb con la definición de E. La fuerza que Q ejercería sobre una carga unidad positiva 1+ en un punto genérico P distante r de la carga central Q viene dada, de acuerdo con la ley de Coulomb, pero aquélla es precisamente la definición de E y, por tanto, ésta será también su expresión matemática
El Campo Eléctrico Uniforme
Es aquél en el cual el vector intensidad del campo eléctrico tiene el mismo módulo, dirección y sentido en todos sus puntos, en cuyos caso las líneas de campo eléctrico son equidistantes y paralelas.
Movimiento de cargas puntuales en un campo eléctrico uniforme.
Conductores en equilibrio electroestático

Algunos materiales, como la mayoría de los metales contienen partículas que pueden moverse libremente a través del medio. Estos materiales reciben el nombre de conductores. En presencia de un campo eléctrico tas cargas de un conductor se acumulan sobre la superficie hasta que el campo que producen iguala completamente al campo externo aplicado dentro del conductor produciendo el equilibrio. Por tanto, en el interior de un conductor que están en equilibrio eléctrico el campo eléctrico es nulo.

Energía potencial:La fuerza de atracción entre dos masas es conservativa, del mismo modo se puede  que la fuerza de interacción entre cargas es conservativa.El trabajo de una fuerza conservativa es igual a la diferencia entre el valor inicial y el valor final de una función que solamente depende de las coordenadas que denominamos energía potencial.

Concepto de potencial:Del mismo modo que hemos definido el campo eléctrico, el potencial es una propiedad del punto P del espacio que rodea la carga Q, que definimos como la energía potencial de la unidad de carga positiva imaginariamente situada en P. El potencial es una magnitud escalar.


Propiedades de las cargas eléctricas

· Carga puntual: cuerpo electrizado sin dimensiones.

· Existen 2 clases de cargas en la naturaleza:

  • Positivas: carga adquirida por el vidrio frotado. De esta carga son portadores los protones.
  • Negativas: es la carga que adquiere el ámbar, y de ella son portadores los electrones.


· Las cargas de mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen.

· La carga se conserva. En la electrización no se crea carga, solamente se transmite de unos cuerpos a otros, de forma que la carga total permanece cte.

· La carga está cuantizada. Se representa como un múltiplo entero de una carga elemental.


Fuerza sobre una carga puntual ejercida por un sistema de cargas puntuales. Principio de superposición

· Principio de superposición: Si una carga esta sometida simultáneamente a varias fuerzas independientes, la fuerza resultante se obtiene sumando vectorialmente dichas fuerzas.

5. Intensidad del campo eléctrico

· Se define el vector campo

o intensidad de campo eléctrico en cualquier pto como la fuerza eléctrica

que actúa sobre una unidad de carga de prueba positiva colocada en ese pto.

Líneas del campo eléctrico

· El campo eléctrico se representa gráficamente mediante las llamadas líneas de campo o líneas de fuerza, las cuales tienen la misma dirección que el vector campo de cada pto.

· Propiedades:

  • Son abiertas, salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.
  • El nº de líneas que salgan de una carga positiva o entren en una carga negativa debe de ser proporcional a dicha carga.
  • Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario, en el pto de corte existirían 2 vectores campo distintos.
  • Si un campo es uniforme, las líneas de campo son rectas paralelas.


7. Potencial eléctrico

· Potencial: energía potencial por unidad de carga.

· Variación de la Ep eléctrica entre 2 ptos A y B de un campo eléctrico:

· Diferencia de potencial entre 2 ptos de un campo eléctrico