Campo eléctrico. En el universo existen fuerzas de contacto, son aquellas producidas por cuerpos en movimiento estudiadas por las leyes del físico Isaac Newton; pero también existen fuerzas producidas por un enorme número de objetos que no están en contacto, éstas se rigen por las siguientes leyes: Ley de Newton de la Gravitación Universal. F =G
m1 m2 r2
Donde: F = fuerza de atracción gravitacional ( N ) G = constante de la gravitación universal 6.678 x 10 -11 Nm2 / kg2 ó 3.44 x 10-8 lbft2 /slug2 m1 y m2 = masas de los cuerpos ( kg ) r = distancia de separación entre los cuerpos ( m ) Ley de Coulomb de las fuerzas electrostáticas. F =K
q1 q2 r2
donde: F = fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales ( N ) K = constante de Coulomb ( 9 x 109 Nm / C2 ) q1 y q2 = cargas puntuales ( C ) r = distancia entre las cargas ( m ) Ambas leyes demuestran que las fuerzas producidas por grandes masas (m) o cargas eléctricas (q) dependen de la distancia de separación entre ellas. Por lo tanto, al aplicarlas es importante considerar ciertas propiedades del espacio que las rodea. Campo eléctrico ( E ). Como hemos visto, tanto la fuerza eléctrica como la gravitacional son ejemplos de fuerza de acción a distancia. Los físicos interesados en el estudio de este fenómeno difícil de explicar a simple vista, han demostrado de manera experimental que la fuerza gravitacional se ejerce de una masa a otra cercana, como se puede constatar con todos los cuerpos que se encuentran dentro del campo gravitacional de la tierra y de la misma manera se puede aplicar éste concepto a todos los objetos cargados eléctricamente. El espacio que rodea a dicho objeto cargado, se altera con la presencia de un campo eléctrico en éste espacio. Por lo que definiremos al campo eléctrico como:
CAMPO ELÉCTRICO (E) Es el espacio dentro del cual una carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica. INTENSIDAD DEL CAMPO ELÉCTRICO. Es el valor del cociente obtenido al dividir la fuerza F ejercida sobre un cuerpo de prueba colocado en un punto, sobre la cantidad de carga del cuerpo de prueba.
E =
donde: E F q r
= = = =
F q
ó
E=
K q r2
intensidad del campo eléctrico ( N / C ) fuerza ( N ) carga ( C ) distancia ( m )
El campo eléctrico (o intensidad de campo) lo mismo que la fuerza, es una cantidad vectorial, ya que, posee módulo, dirección y sentido. El sentido del campo eléctrico en un punto, es el mismo que el de la fuerza ejercida sobre una carga de prueba positiva colocada en el punto. El campo eléctrico se le da la carga positiva y llega a la negativa. Gráficamente: F q’
E=
Kq F = 2 q' r
q’ F
La dirección de la intensidad del campo eléctrico, es la misma de una carga positiva (+q ) cuando se coloca en dicho punto Es importante recordar que el campo eléctrico es una propiedad asociada con el espacio que rodea a la carga eléctrica, es decir, que existirá siempre un campo
eléctrico alrededor de un cuerpo cargado independientemente si se coloca o no una carga en el campo. Si q es positiva, E y F tendrán la misma dirección; si q es negativa, la fuerza F será opuesta al campo E.
El campo alrededor de una carga positiva esta dirigido radialmente hacia afuera. Para una carga negativa está dirigido hacia adentro de la carga
Ejercicios resueltos 1.Una carga de 2x10-6 C colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 8x10-4 N .¿Cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico? Datos
Fórmula
q = 2x10-6 C
E =
F q
Desarrollo 8 X 10 −4 N E= 2 X 10 −6 C
F = 8x10-4 N E =? R. E = 400
N C
2. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 2 cm de una carga de –12 µC? Datos
Fórmula
d = 2 cm = 0.02 m
kQ E= 2 d
Desarrollo N .m 2 9 x109 −12 x10 −6 C C2 E = 2 ( 0 . 02 m)
(
)
q = -12 µC K = 9 x109
N .m 2 C2
R. E = 27 x107
N C