Campo eléctrico

El campo eléctrico es toda zona espacial donde las cargas eléctricas, que pueden ser positivas o negativas, se relacionan en un límite de espacio determinado, siendo el campo eléctrico tanto la delimitación del espacio en el plano, como el espacio de un cuerpo cargado de electricidad. No es medible en sí, sino que lo que se mide es el efecto que generan las cargas eléctricas en su interior. Es Faraday, quién propone en el año 1832, la idea del campo eléctrico más a fondo para demostrar el principio de inducción electromagnética.

Temas relacionados

Carga eléctrica, campo electrostático, campo magnético

¿Qué es un campo eléctrico?

Se define el campo eléctrico como el sector espacial designado a partir de la fuerza eléctrica, la cual es conformada por dos o más cargas. La dirección que toma el campo eléctrico se ve influida por la dirección de la fuerza que ejercerá sobre una carga positiva. Se genera de forma radial hacia fuera de una carga positiva y de forma radial hacia el interior de ser una carga puntual.

Partes

• Magnitud (Intensidad): se define como el tamaño del vector que representa el campo. Se utiliza un modelo de partículas encontradas dentro del campo eléctrico.
• Dirección: se visualiza mediante un eje que cruza las partículas y el punto en el espacio que se encuentra en interacción.
• Sentido: se determina a partir de la orientación de la línea que representa la magnitud que se ubica sobre el eje que proporciona la dirección del campo eléctrico.
• Líneas del campo eléctrico o líneas de fuerza: se definen a partir de líneas imaginarias que se dibujan de tal forma que su dirección en cualquier punto es la misma que la dirección del campo en dicho punto. Se alejan en las cargas eléctricas positivas y se acercan en las cargas eléctricas negativas.
• Fuerza: se denomina fuerza eléctrica al conjunto que existe entre las cargas eléctricas.

Características de un campo eléctrico

Los campos eléctricos deben contar con las siguientes características para su debido funcionamiento:

• Dependen únicamente de la carga que lo genera.
• El campo eléctrico existe sólo con la detección de una carga eléctrica, la segunda u otras cargas no son necesarias para su detección. Al igual que existe aunque la carga no se encuentre en movimiento.
• Interactúan dos o más cargas eléctricas, las cuales pueden ser positivas (+) o negativas (-). Las cargas opuestas se atraen y las cargas iguales se repelen.
• La visualización de las líneas en el campo eléctrico logran visualizar la magnitud y la dirección de E.
• La intensidad o magnitud del campo eléctrico es medida en voltios por metro (v/m). Esta disminuye conforme aumenta la distancia desde la fuente.
• La fuente de energía se basa en la tensión eléctrica.

Historia

Para la compresión del funcionamiento de la electricidad durante el siglo XVIII, investigaciones como la de Coulomb, se centran en el tema de la electricidad y su funcionamiento tanto interno, como externo y su manejo en el uso cotidiano. Se logró establecer que las cargas eléctricas podrían interactuar a la distancia que hubiese entre sí, al igual que las masas frente a las fuerzas gravitatorias. Es decir, que una masa o una carga podrían inexplicablemente, sin ningún mediador, advertir la presencia de otra en sus entornos.

Por su lado Faraday propone una interpretación alternativa, la cual será de mucha utilidad, aportando a la idea del campo eléctrico, la propuesta de que: el espacio que rodea a una carga eléctrica se ve afectado por su presencia, ya que ella modifica sus características. En uno de sus intentos por probar su planteamiento, Faraday lo describe como unos tentáculos invisibles que avanzan desde una carga eléctrica. De esta forma, a partir del momento en que un cuerpo adquiere una carga, esta información o novedad va extendiéndose en su entorno rápidamente, de hecho a la velocidad de la luz, y puede alcanzar eventualmente a otra carga. Posteriormente se empieza a tratar el tema de la interacción entre una carga y otra, como es posible describir y estudiar el hecho a partir de la interacción de cargas con el campo en donde interactúa.

Para lograr representar el campo eléctrico se empieza a utilizar las líneas de fuerza, que serían los vectores que salen de las cargas eléctricas positivas para entrar a las cargas negativas. Indicando así la dirección de la fuerza del campo eléctrico, que a su vez experimentaría con una carga puntual y positiva, llamada carga de prueba. El número de líneas de fuerza sería proporcional a la intensidad del campo eléctrico, ya que al contar con la interacción de líneas están muy cercanas, el campo es grande y donde están separadas, el campo es pequeño.

Investigadores como Michael Faraday, y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell, permitieron las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, por ejemplo, la ley de Coulomb, donde sólo se tenían en cuenta las cargas eléctricas; para luego desarrollar leyes más completas dónde se estudia la variación de los campos.

Para qué sirve un campo eléctrico

El campo eléctrico sirve para poner en evidencia la interacción de partículas con carga y para determinar la fuerza sobre una carga situada en ese punto.

Unidades del campo eléctrico

La unidad de medida para la intensidad o magnitud del campo eléctrico se usa en voltios por metro (v/m).

La ley de Coulomb puede ser utilizada en los casos de los campos eléctricos, debido a que se establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, siendo una carga eléctrica puntual la carga que se ubica en un punto geométrico a nivel espacial. Recordando que se usaría para casos específicos, dado a que estás cargas deben de encontrarse en reposo, generando electrostática. Esta ley estudia la interacción entre las cargas eléctricas que son particularmente pequeñas en comparación de la distancia existente entre ellas.

Fórmula

La fórmula para calcular el campo eléctrico es la siguiente:

Donde E es Intensidad de campo eléctrico, F es Fuerza y q es Carga.

Tipos

Existen tres tipos de campos eléctricos. El primero se produce por una distribución de la carga y es conocido como campo electroestático. El segundo y el tercero están asociados con dos tipos de inducción magnética, una producida por el movimiento espacial con respecto al flujo magnético y la otra producida por el tiempo de vinculación que modifica al flujo magnético.

Campo eléctrico uniforme

El campo eléctrico consiste en la zona del espacio donde interactúan las cargas eléctricas, siendo estas de la misma magnitud, sentido y dirección. Por ejemplo, al contar con dos placas paralelas cargadas, el campo eléctrico estará orientado desde la placa con carga eléctrica positiva hacia la placa eléctrica con carga negativa, generando que el vector no cambie.

Ejemplos

• Lámparas eléctricas: Una lámpara eléctrica al ser enchufada por un cable eléctrico en una corriente logra generar campos eléctricos en el aire que rodea dicho dispositivo. La tensión al ser mayor, aumenta la intensidad del campo eléctrico. Puede existir tensión aunque no haya corriente eléctrica activa, ya que no se requiere que el aparato eléctrico esté activo para que se genere a su alrededor un campo eléctrico.
• Antenas emisoras y receptoras de radio y televisión: De un dispositivo emisor de una estación de radio hacia una radio común, se traslada el mensaje por medio de un campo eléctrico, el cual es generado a partir de antenas que captan la información y la transmiten. Su forma más común sería una varilla metálica. Cada emisora de radio cuenta con frecuencia determinadas, las cuales generan campos eléctricos diferentes, el funcionamiento se da a partir del movimiento periódico de cargas de energía eléctrica, los cuales se mueven de un extremo a otro, generando en un extremo de la antena un exceso de carga negativa mientras que al otro extremo se genera un déficit de cargas positivas; se van intercambiando de un extremo al otro generando la polaridad.