Conceptos Fundamentales del Campo Eléctrico: Intensidad, Ley de Gauss y Aplicaciones

1. Definición de Campo Eléctrico

Se llama campo eléctrico a todo el espacio alrededor de un cuerpo electrizado, dentro del cual su acción es apreciable.

2. Intensidad del Campo Eléctrico

La intensidad del campo eléctrico en un punto se mide por la fuerza que ejerce el campo eléctrico sobre la unidad positiva de carga eléctrica colocada en dicho punto. Se representa por E.

3. Unidades de Intensidad del Campo Eléctrico

• En el sistema M.K.S., E se mide en newton sobre culombios (N/C).
• En el sistema C.G.S., E se mide en dinas sobre statculombios (dyn/statC).

4. Intensidad del Campo Eléctrico Generado por una Carga Puntual

La intensidad del campo eléctrico originada por una carga q en un punto A, situado a una distancia r, se calcula con la siguiente fórmula (se omite la fórmula por simplicidad, pero debe incluirse en un contexto educativo).

5. Campo Eléctrico Uniforme

Un campo eléctrico uniforme es aquel en el que, en todos sus puntos, la intensidad tiene la misma dirección, sentido y módulo.

6. Líneas de Fuerza o Líneas de Campo

Una línea de fuerza o línea de campo es la trayectoria que describe una carga eléctrica positiva en un campo eléctrico.

7. Propiedades de las Líneas de Fuerza

• Por un punto de un campo eléctrico pasa una y solo una línea de fuerza.
• Por convenio, las líneas de fuerza se inician en las cargas positivas y terminan en las negativas.
• El número de líneas de fuerza que pasan a través de cada unidad de superficie es proporcional a la magnitud del campo eléctrico.
• La tangente a una línea de fuerza en un punto cualquiera nos da la dirección de la intensidad del campo eléctrico en ese punto.

8. Dipolo Eléctrico

Un dipolo eléctrico está formado por dos cargas eléctricas de la misma magnitud, pero de signos contrarios, separadas por una distancia muy pequeña.

9. Flujo de Carga Eléctrica

El flujo de carga eléctrica (Φ_E) es el número total de líneas de fuerza que atraviesan una superficie situada en un campo eléctrico.

10. Ley de Gauss

La ley de Gauss establece que el flujo de campo eléctrico que sale de una superficie esférica originado por una carga neta q (suma algebraica de todas las cargas) es directamente proporcional a la carga e independiente del radio.

11. Aplicaciones de la Ley de Gauss

• Cuando a un conductor aislado se le suministra una carga en exceso, esta se distribuye totalmente en la superficie exterior.
• El campo eléctrico producido por una esfera cargada, en un punto fuera de ella, es el mismo que se produciría suponiendo que toda la carga estuviera concentrada en el centro de la esfera.
• El campo eléctrico entre dos láminas paralelas cargadas con cargas de la misma magnitud, pero de diferente signo, es uniforme.

12. Diferencia de Potencial en un Campo Eléctrico Uniforme

En un campo eléctrico uniforme, la diferencia de potencial entre dos puntos, situados sobre una recta paralela al campo, es igual al producto del módulo de la intensidad del campo eléctrico (E) por la distancia entre dichos puntos.

13. Potencial Eléctrico

El potencial eléctrico en un punto se mide por el trabajo que realiza la fuerza del campo para transportar la unidad positiva de carga desde dicho punto hasta el infinito, con velocidad constante.

14. Unidades de Potencial y Diferencia de Potencial

El potencial y la diferencia de potencial se miden en unidades que se obtienen dividiendo una unidad de trabajo entre una unidad de carga eléctrica.

15. Potencial en un Conductor Esférico

El campo producido por una esfera uniformemente cargada en un punto fuera de ella es el mismo que se produciría suponiendo que toda la carga estuviera concentrada en su centro. Dentro de la esfera, el campo es nulo, y en su superficie, el potencial se calcula con una fórmula específica (se omite la fórmula por simplicidad, pero debe incluirse).