La Ley de Coulomb y el Campo Eléctrico

La ley de Coulomb puede enunciarse como: “La fuerza con la que se atraen o repelen dos cargas es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa”. (vF=K·(qQ/r^2)vUr).

Definición de Campo Eléctrico

Decimos que en una región del espacio existe un campo eléctrico si al introducir en dicha región una carga eléctrica, esta experimenta una fuerza debido a la intensidad del campo y adquiere una energía potencial (Ep). Se define como la fuerza por unidad de carga positiva.

Líneas de Campo Eléctrico

Las líneas de campo eléctrico 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. El número de líneas es infinito. Además, son abiertas y no se pueden cortar entre sí. Como el campo eléctrico son fuerzas centrales, las líneas de campo son radiales. Si la carga es positiva, las líneas salen de la carga, y si es negativa, las líneas se dirigen hacia la carga. Si el campo es uniforme, las líneas son rectas paralelas igualmente espaciadas.

Energía Potencial Eléctrica y Potencial Eléctrico

Energía potencial eléctrica: La energía potencial eléctrica de una carga en un punto es el trabajo, con signo negativo, necesario para atraer la carga Q desde el infinito hasta ese punto = kQq/r.

El potencial eléctrico es la Ep que adquiere la unidad de carga situada en ese punto = kQ/r. Se mide en voltios. El potencial en un punto es el trabajo que realiza el campo eléctrico, cambiado de signo, para trasladar una carga positiva unidad desde el infinito hasta el punto.

Vb-Va es el trabajo cambiado de signo que realizan las fuerzas del campo necesario para trasladar la carga entre esos 2 puntos. Si se traslada una carga q, W=-q(Vb-Va). Si el trabajo es negativo, es porque el signo del potencial es positivo, luego si aumenta la Ep es porque el trabajo lo realiza una fuerza exterior. Si el trabajo es positivo, disminuye la Ep, la acción es espontánea, lo realiza el campo y se acercan dos cargas de distinto signo y se alejan las iguales.

Superficies Equipotenciales

Las superficies equipotenciales son aquellas que tienen el mismo potencial, en las que W=0.

Movimiento de Cargas Eléctricas en Campos Eléctricos Uniformes

Si sobre una partícula de masa m con una carga q que se encuentra en un campo eléctrico de intensidad E actúa una fuerza eléctrica, esta partícula experimenta una aceleración a en la dirección del vector E. Si la partícula tiene inicialmente una velocidad v0 en la dirección del campo eléctrico, se mueve con MRUA en la misma dirección. Puede ser acelerado o decelerado. Si V0 es perpendicular al campo, es una parábola y al descomponer 2 MOV (MRU y MRUA) perpendiculares entre sí.

Condensadores

Un condensador plano está formado por dos placas planas paralelas cargadas, una con carga positiva y otra con carga negativa. El campo eléctrico en un punto interior del condensador será la suma del creado por la placa positiva más el creado por la placa negativa. El campo eléctrico dentro de un condensador es uniforme, por lo que sus líneas de campo son rectas paralelas igualmente espaciadas que salen de la carga positiva y llegan a la placa negativa.

Analogías y Diferencias entre Campo Gravitatorio y Eléctrico

Analogías y diferencias entre campo gravitatorio y eléctrico:

  • Ambos son centrales, ya que están dirigidos desde o hacia quien los crea.
  • Son conservativos porque la fuerza central solo depende de la distancia. Para ambos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
  • Las líneas de fuerza son abiertas y perpendiculares a las superficies equipotenciales.
  • El campo gravitatorio es universal, mientras que el eléctrico solo existe para los que están cargados.
  • El campo gravitatorio siempre es de atracción, el eléctrico puede ser de atracción o de repulsión.
  • Solo existe un tipo de masa, positiva, mientras que cargas existen negativas y positivas.
  • El campo gravitatorio es una perturbación que actúa sobre una masa y el campo eléctrico actúa sobre una carga eléctrica.
  • La interacción gravitatoria es muy poco intensa por G, mientras que la interacción eléctrica es muy intensa, k.
  • El gravitatorio puede ser homogéneo en grandes distancias, mientras que el eléctrico puede ser homogéneo en pequeñas dimensiones.
  • El campo gravitatorio casi no se puede anular, mientras que el eléctrico se puede anular en varias regiones.

Flujo y Ley de Gauss

Flujo de un Campo de Fuerzas

El flujo de un campo de fuerzas a través de una superficie representa el número de líneas de campo que atraviesan dicha superficie. Se define el flujo elemental a través de una superficie imaginaria situada en el interior de un campo eléctrico como el producto escalar del vector intensidad de campo, E, por el vector superficie. El flujo total será la suma de todos los flujos elementales. El flujo es escalar. Su unidad es Vm.

Ley de Gauss

La ley de Gauss establece que el flujo del campo eléctrico a través de una superficie cerrada es proporcional a la carga neta contenida en dicha superficie.