Fundamentos de Electrostática: Campo Eléctrico, Ley de Gauss y Experimento de Millikan

Campo Eléctrico

El campo eléctrico es el modelo físico que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente, se define como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q experimenta los efectos de una fuerza mecánica F.

Líneas de fuerza

• Son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto.
• A mayor concentración de líneas, mayor es el módulo del campo. En el ejemplo de la moneda, el campo es más intenso en las cercanías de esta y disminuye a medida que nos alejamos.
• Uniendo los puntos en los que el campo eléctrico es igual, formamos superficies equipotenciales (ver Potencial eléctrico); son puntos donde el potencial tiene el mismo valor numérico.

Ley de Gauss

En física y cálculo vectorial, la ley de Gauss relaciona el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada con la carga eléctrica encerrada en dicha superficie. Asimismo, establece la relación entre la divergencia del campo eléctrico y la densidad de carga.

Experimento de Millikan

Se denomina experimento de Millikan o experimento de la gota de aceite al procedimiento realizado por primera vez en 1909 por el físico estadounidense Robert Millikan, el cual permitió medir la carga elemental del electrón.

Fundamentos del experimento

• El experimento consiste en introducir en un medio gaseoso gotitas de aceite con un radio del orden de un micrómetro. Estas gotas caen lentamente con movimiento uniforme, con su peso compensado por la viscosidad del medio, fenómeno regido por la ley de Stokes.
• Las gotas se cargan electrostáticamente al salir del atomizador, por lo que su movimiento de caída se altera significativamente al aplicar un campo eléctrico vertical. Ajustando la magnitud de dicho campo, es posible lograr que la gota permanezca en suspensión.
• Conociendo el valor m de la masa de la gota, la intensidad E del campo eléctrico y el valor g de la gravedad, se puede calcular la carga q de la gota en equilibrio.

Diferencia de potencial entre dos puntos

El potencial eléctrico en un punto se define como el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (basada en la ley de Coulomb) para mover una carga positiva q desde el infinito (donde el potencial es cero) hasta dicho punto, dividido por el valor de la carga.