Campo eléctrico creado por una carga puntual

El concepto de campo eléctrico fue introducido por Faraday a mediados del siglo XIX. Es una magnitud vectorial que en cada punto del espacio P es igual a la fuerza que experimentaría la unidad de carga positiva colocada en dicho punto.

Para fijar ideas, supongamos que tenemos una carga puntual positiva q1 en reposo como la representada en verde en la figura inferior.

Si colocamos en cualquier punto P del espacio una carga de 1 coulombio, la fuerza que experimenta por estar en presencia de q1 viene dada por la ley de Coulomb:

donde ur es un vector unitario en la dirección radial.

k es la constante de Coulomb que, en el vacío y en unidades del Sistema Internacional toma el valor:

y en términos de la permitividad eléctrica del vacío o constante dieléctrica del vacío ε0:

La fuerza que experimenta la unidad de carga positiva es repulsiva, ya que q1 es positiva también y dos cargas del mismo signo se repelen. En cualquier punto del espacio donde coloquemos la unidad de carga positiva experimentará una fuerza de repulsión dada por la ley de Coulomb. Las flechas verdes de la figura superior representan dicha fuerza.

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La situación puede interpretarse entonces como que la carga q1 crea una perturbación a su alrededor tal que, una carga de prueba colocada en un punto P del espacio experimentará una fuerza. El campo eléctrico E es la magnitud vectorial que describe dicha perturbación.

La carga q1 que crea el campo eléctrico E se denomina carga fuente.

Volviendo a la definición que dimos al principio, el campo eléctrico creado por una carga puntual viene dado por:

Las unidades de campo eléctrico en el Sistema Internacional son los N/C o V/m.

Las flechas verdes representadas en la figura anterior se denominan líneas de campo y constituyen una manera de visualizar gráficamente el campo creado por una carga puntual. Como se observa en la figura, las líneas del campo eléctrico creado por una carga positiva salen de la carga. Por ello una carga positiva es una fuente de líneas de campo.

El número de líneas de campo es proporcional al módulo del campo eléctrico y nunca pueden cortarse porque, si lo hicieran, el campo eléctrico tendría dos valores distintos en un mismo punto del espacio.

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Si la carga fuente es negativa, la unidad de carga positiva experimentará ahora una fuerza de atracción. Por tanto las líneas de campo llegarán a la carga negativa, que se llama sumidero de líneas de campo (ver figura inferior).

El campo eléctrico cumple el principio de superposición. En un punto cualquiera del espacio, el campo eléctrico total creado por un conjunto de cargas es la suma de los campos eléctricos creados por todas las cargas:

El campo eléctrico creado por un conjunto de N cargas es por tanto:

Cualquier carga de prueba q2 colocada en un punto del espacio donde existe un campo eléctrico experimentará una fuerza dada por:

Y si el campo eléctrico es creado por una carga fuente q1 dicha fuerza vendrá dada por:

Que es la ley de Coulomb. En la figura inferior se ha representado la fuerza que experimenta una carga de prueba q2 negativa (a) y positiva (b) cuando se encuentran en una zona del espacio donde una carga fuente q1 positiva crea un campo eléctrico:

La página Campo eléctrico creado por una carga puntual ha sido originalmente publicada en YouPhysics

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