Al principio, el concepto de un campo puede parecer un poco abstracto. ¿Qué es esta misteriosa cosa invisible que llena el espacio? ¡Puede sonar como algo sacado directamente de la ciencia ficción!

Pero un campo es realmente solo una construcción matemática, o una forma de asignar un vector a cada región del espacio, lo que da una idea de cuán fuerte o débil es un efecto está en cada punto.
Definición de campo eléctrico

Así como los objetos con masa crean un campo gravitacional, los objetos con carga eléctrica crean campos eléctricos. El valor del campo en cualquier punto dado le brinda información sobre lo que sucederá con otro objeto cuando se coloque allí. En el caso del campo gravitacional, proporciona información sobre qué fuerza gravitacional sentirá otra masa.

Un campo eléctrico es un campo vectorial que asigna a cada punto en el espacio un vector que indica la fuerza electrostática por unidad de carga en esa ubicación. . Cualquier elemento con carga genera un campo eléctrico.

Las unidades SI asociadas con el campo eléctrico son Newtons por Coulomb (N /C). Y la magnitud del campo eléctrico debido a una carga de fuente puntual Q
viene dada por:
E \u003d \\ frac {kQ} {r ^ 2}

Donde r
es la distancia desde la carga Q
y la constante de Coulomb k
\u003d 8.99 × 10 ^{9 Nm 2 /C 2.}

Por convención, la dirección del campo eléctrico apunta radialmente lejos de cargas positivas y hacia cargas negativas. Otra forma de pensarlo es que siempre apunta en la dirección en que se movería una carga de prueba positiva si se coloca allí.

Dado que el campo es fuerza por unidad de carga, entonces la fuerza en una carga de prueba de punto q
en un campo E
sería simplemente el producto de q
y E
:
F \u003d qE \u003d \\ frac {kQq} {r ^ 2}

Cuál es el mismo resultado dado por la Ley de Coulomb para la fuerza eléctrica.

El campo en cualquier punto dado debido a múltiples cargas de fuente o una distribución de carga es la suma vectorial del campo debido a cada de los cargos individualmente. Por ejemplo, si el campo producido por la carga fuente Q _{1
solo en un punto dado es 3 N /C a la derecha, y el campo producido por una carga fuente Q 2
solo en el mismo punto es 2 N /C a la izquierda, entonces el campo en ese punto debido a ambas cargas sería 3 N /C - 2 N /C \u003d 1 N /C a la derecha.
Líneas de campo eléctrico}

A menudo, los campos eléctricos se representan con líneas continuas en el espacio. Los vectores de campo son tangentes a las líneas de campo en cualquier punto dado, y estas líneas indican el camino que viajaría una carga positiva si se le permitiera moverse libremente en el campo.

Se indica la intensidad del campo o la intensidad del campo eléctrico. por espaciado de las líneas. El campo es más fuerte en lugares donde las líneas de campo están más juntas y más débiles donde están más extendidas. Las líneas de campo eléctrico asociadas con una carga de punto positivo, se ven así:

(inserte una imagen de campo de carga de punto positivo)

Las líneas de campo de un dipolo se parecen a las de una carga de punto en el bordes exteriores de un dipolo pero son muy diferentes entre ellos:

(inserte la imagen del campo del dipolo)
¿Pueden cruzarse alguna vez las líneas de campo eléctrico?

Para responder a esta pregunta, considere qué sucedería si las líneas de campo se cruzaron.

Como se mencionó anteriormente, los vectores de campo siempre son tangentes a las líneas de campo. Si se cruzan dos líneas de campo, entonces en el punto de intersección, habría dos vectores de campo diferentes, cada uno apuntando en una dirección diferente.

Pero esto no puede ser. No puede tener dos vectores de campo diferentes en el mismo punto en el espacio. ¡Esto sugeriría que una carga positiva colocada en esta ubicación de alguna manera viajaría en más de una dirección!

Entonces la respuesta es no, las líneas de campo no pueden cruzarse.
Campos y conductores eléctricos

En un conductor, los electrones son libres de moverse. Si hay un campo eléctrico dentro de un conductor, estas cargas se moverán debido a la fuerza eléctrica. Tenga en cuenta que una vez que se mueven, esta redistribución de cargas comenzará a contribuir al campo neto.

Los electrones continuarán moviéndose mientras exista un campo distinto de cero dentro del conductor. Por lo tanto, se mueven hasta que se hayan distribuido de tal manera que cancelen el campo interior.

Por una razón similar, cualquier carga neta colocada en un conductor siempre se encuentra en la superficie del conductor. Esto se debe a que las cargas similares se repelerán, distribuyéndose uniformemente lo más uniformemente y lo más lejos posible, cada una contribuyendo al campo interior neto de tal manera que sus efectos se cancelen entre sí.

Por lo tanto, en condiciones estáticas, el el campo dentro de un conductor siempre es cero.

Esta propiedad de los conductores permite blindaje eléctrico. Es decir, dado que los electrones libres en un conductor siempre se distribuirán a sí mismos para que cancelen el campo en su interior, entonces cualquier cosa contenida dentro de una malla conductora estará protegida de las fuerzas eléctricas externas. Deje la superficie de un conductor perpendicularmente. Esto se debe a que cualquier componente paralelo del campo provocaría que los electrones libres en la superficie se muevan, lo que harán hasta que no haya más campo neto en esa dirección.
Ejemplos de campos eléctricos

Ejemplo 1: Qué ¿Está el campo eléctrico a medio camino entre una carga de +6 μC y una carga de +4 μC separado por 10 cm? ¿Qué fuerza sentiría una carga de prueba de +2 μC en esta ubicación?

Comience eligiendo un sistema de coordenadas donde el eje positivo x
apunte hacia la derecha y deje que la carga de +6 μC miente en el origen mientras que la carga de +4 μC miente en x
\u003d 10 cm. El campo eléctrico neto será la suma vectorial del campo debido a la carga de +6 μC (que apuntará a la derecha) y el campo debido a la carga de +4 μC (que apuntará a la izquierda):
E \u003d \\ frac {(8.99 \\ times 10 ^ 9) (6 \\ times 10 ^ {- 6})} {0.05 ^ 2} - \\ frac {(8.99 \\ times 10 ^ 9) (4 \\ times 10 ^ {- 6 })} {0.05 ^ 2} \u003d 7.19 \\ times10 ^ 6 \\ text {N /C}

La fuerza eléctrica que siente la carga de +2 μC es entonces:
F \u003d qE \u003d (2 \\ times10 ^ { -6}) (7.19 \\ times10 ^ 6) \u003d 14.4 \\ text {N}

Ejemplo 2: Una carga de 0.3 μC está en el origen y una carga de -0.5μC se coloca en x \u003d 10 cm. Encuentre una ubicación en la que el campo eléctrico neto sea 0.

Primero, puede usar el razonamiento para determinar que no puede ser entre
las dos cargas porque el campo neto entre ellas siempre ser distinto de cero y apuntar a la derecha. Tampoco puede estar a la derecha
de la carga de -.5 μC porque el campo neto estaría a la izquierda y fuera de cero. Por lo tanto, debe estar a la izquierda
de la carga de 0.3 μC.

Deje d
\u003d distancia a la izquierda de la carga de 0.3 μC donde el campo es 0. El la expresión para el campo neto en d
es:
E \u003d - \\ frac {k (0.3 \\ text {μC})} {d ^ 2} + \\ frac {k (0.5 \\ text {μC })} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Ahora resuelve para d,
primero cancelando _k'_s:
- \\ frac {0.3 \\ text {μC }} {d ^ 2} + \\ frac {0.5 \\ text {μC}} {(d + .1) ^ 2} \u003d 0

Luego multiplica para deshacerte de los denominadores, simplifica y crea una fórmula cuadrática:
5d ^ 2 - 3 (0.1 + d) ^ 2 \u003d 2d ^ 2 - 0.6d - 0.03 \u003d 0

Resolver el cuadrático da d
\u003d 0.34 m.

De ahí el el campo neto es cero en una ubicación 0.34 ma la izquierda de la carga de 0.3 μC.