Conceptos Fundamentales de Electricidad y Magnetismo: Líneas de Fuerza, Potencial y Experimentos Clave

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Líneas de Fuerza

Son líneas imaginarias que marcan la trayectoria que seguiría una unidad de carga positiva dejada en libertad dentro del campo eléctrico. Estas líneas deben cumplir las siguientes condiciones:

  1. Las líneas salen de las cargas positivas (fuentes) y entran en las cargas negativas (sumideros).
  2. El número de líneas que entran o salen de una carga puntual es proporcional al valor de la carga.
  3. En cada punto del campo, el número de líneas por unidad de superficie perpendicular a ellas es proporcional a la intensidad del campo.
  4. Dos líneas de fuerza nunca pueden cortarse. En cada punto, el campo tiene una dirección y un sentido único, por lo que dos líneas no pueden cruzarse, ya que el campo tendría dos direcciones y dos sentidos.

La intensidad de campo es el número de líneas de fuerza que atraviesa la unidad de superficie colocada perpendicularmente a las líneas. En el caso de un campo uniforme, las líneas son paralelas y el campo en dos puntos tiene la misma intensidad. Ea = Ep.

Potencial Eléctrico

Una carga Q crea a su alrededor un campo eléctrico, que es una magnitud vectorial. Podemos suponer, además, que la presencia de Q crea a su alrededor una propiedad escalar denominada potencial eléctrico, de tal forma que al situar en un punto próximo a Q una carga q, ésta adquiere una energía potencial (U = q·V). Se puede definir el potencial eléctrico en un punto como la energía potencial por unidad de carga positiva colocada en ese punto. V = k·(Q/r).

El origen del potencial se encuentra en el infinito, donde el potencial es igual a 0, por lo que el potencial en un punto es el trabajo necesario para trasladar la unidad de carga positiva desde el infinito hasta ese punto.

A partir de aquí se puede definir el electrón-voltio: es el trabajo necesario para transportar la carga de un electrón entre dos puntos de un campo eléctrico cuyo diferencial de potencial es 1 V.

Superficies Equipotenciales

Son aquellas que se encuentran al mismo potencial. El trabajo que se realiza para desplazar una carga a lo largo de una superficie equipotencial es 0. El vector de campo eléctrico es perpendicular en todos sus puntos a una superficie equipotencial.

Relación entre el Campo y el Potencial

Lo anterior implica que:

  1. Si no hay variación de potencial en una determinada dirección, la componente del campo en esa dirección es nula.
  2. Conocido el valor del potencial en cada punto, puede determinarse el valor del campo eléctrico. El sentido de este es hacia potenciales decrecientes, como indica el signo - de la ecuación.
  3. Si se conoce el valor del campo en cada punto, puede obtenerse el valor del potencial integrando.

Experimento de Oersted

Oersted fue el primero en demostrar la relación existente entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. Situó una brújula en las proximidades de un hilo conductor, por el que hizo circular corriente continua, observando que cuando pasa la corriente por el hilo, la aguja se orienta perpendicularmente al hilo, cesando dicha orientación cuando cesa el paso de la corriente. Si se invierte el sentido de la corriente, cambia la orientación de la aguja.

La experiencia demostró que las cargas eléctricas en movimiento producen campos magnéticos.

Experimento con Ampere

También hizo un experimento con Ampere: al situar dos conductores paralelos, por los que circulan corrientes de gran intensidad, aparecen fuerzas entre ambos que son atractivas si tienen el mismo sentido, y repulsivas si tienen sentido contrario. Estas experiencias demuestran que los campos magnéticos generados por corrientes eléctricas o por imanes tienen su origen en cargas en movimiento.

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