Campo eléctrico

El campo eléctrico es el espacio que está bajo la influencia de una carga eléctrica. Es decir, es la fuerza que una partícula cargada sentiría si se coloca cerca de otra partícula cargada. Se representa con la letra E mayúscula con una flecha encima, indicando que es una magnitud vectorial:

bold italic E con negrita flecha derecha encima igual negrita campo negrita espacio negrita eléctrico

¿Qué es el campo eléctrico?

explicacion del campo electrico
El campo eléctrico E es la fuerza por unidad de carga que el cuerpo A ejerce sobre una carga de prueba situada en P.

Una explicación que nos puede servir para comprender qué es el campo eléctrico es visualizar dos cuerpos A y B con cargas positivas. El cuerpo B tiene una carga q0 y experimenta una fuerza eléctrica F ejercida por el cuerpo A. Luego retiramos el cuerpo B y marcamos esa posición como el punto P. Podemos decir ahora que el cuerpo A causa un campo eléctrico en el punto P, aunque no exista ninguna carga.

Si se coloca una carga puntual q0 en el punto P, experimenta una fuerza eléctrica por el campo eléctrico del cuerpo A.

Características del campo eléctrico

  • Es invisible.
  • Es tridimensional, rodea a la carga.
  • Es una cantidad vectorial.
  • Tiene origen en las cargas eléctricas.
  • El campo producido por una carga puntual positiva apunta en una dirección que se aleja de la carga.
  • El campo producido por una carga puntual negativa apunta hacia la carga.
  • La intensidad del campo disminuye a medida que la distancia aumenta.

Fórmula del campo eléctrico de una carga puntual

El campo eléctrico de una carga puntual puede calcularse por la fórmula:

bold italic E con negrita flecha derecha encima igual fracción numerador negrita 1 entre denominador negrita 4 negrita πε subíndice negrita 0 fin fracción. fracción bold italic q entre bold italic r elevado a negrita 2 negrita r con negrita circunflejo encima igual negrita k fracción negrita q entre negrita r elevado a negrita 2 negrita r con negrita circunflejo encima

donde:

E: es el campo eléctrico de la carga puntual;

q: es la carga de la partícula que experimenta el campo eléctrico;

r2: es la magnitud de la posición relativa del vector;

ȓ: es el vector unidad de la posición relativa del vector;

0 (epsilon cero): permisividad del espacio libre, aproximadamente 8,854 x 10-12 C2/N.m2;

k: es la constante de fuerza electrostática, de un valor aproximado a 9,0 x 109 N.m2/C2.

Las unidades del campo eléctrico son las unidades de fuerza sobre unidades de carga en el SI, esto es, newton/coulomb (N/C).

Líneas de campo eléctrico

patrones de lineas de campo electrico
Diferentes patrones de líneas de campo eléctrico.

Las líneas de campo eléctrico son líneas imaginarias que sirven para representar el campo eléctrico. Fue una idea presentada por el científico inglés Michael Faraday (1791-1867) para mostrar la noción de la intensidad y de la orientación del campo eléctrico.

lineas del campo electricoCaracterísticas de las líneas de campo eléctrico

  • Las líneas parten de las cargas positivas y apuntan a las cargas negativas.
  • No se cruzan.
  • A mayor densidad de las líneas de campo eléctrico mayor es la intensidad del campo eléctrico E.
  • Pueden ser rectas o curvas.
  • El número de líneas es igual a la carga sobre la constante de permisividad, q/ℇ0.

Tipos de campo eléctrico

  • Campo eléctrico uniforme: la magnitud y la dirección del campo tienen los mismos valores en cualquier parte de una región dada. Por ejemplo, el campo eléctrico dentro de un conductor.
  • Campo eléctrico no uniforme: los valores de magnitud y dirección del campo varian en diferentes puntos del mismo.

Ejemplos de campos eléctricos

ejemplo de campo electrico
El globo de plasma es una fuente de campo eléctrico.

El globo de plasma o bola de plasma se puede usar de forma conveniente para demostrar la presencia del campo eléctrico. La bola de plasma genera un alto voltaje con baja corriente a través de un circuito similar a la bobina Tesla. El campo eléctrico se extiende más allá de la bola de vidrio, que puede detectarse al encenderse lámparas LED, bombillos de neón y tubos fluorescentes cuando los acercamos a la bola de plasma.

Referencias

Lincoln, J. Plasma globe revisited (2018). The Physics Teacher 56:62. https://doi.org/10.1119/1.5018702

Sears, F., Zemansky, M., Young, H,D., Freedman, R.A. Física Universitaria con Física moderna volumen 2.12a edición. Pearson Educación, México 2009.