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Profesor: Ignacio Espinoza BrazProfesor: Ignacio Espinoza Braz
Colegio AdventistaSubsector FísicaArica
Intensidad del Campo Eléctrico
Concepto de Campo : Para la Física este concepto señala un vector en el espacio en el que, a cada punto de él, se le puede asociar una magnitud física la cual puede ser vectorial o escalar.
Campo Eléctrico : Se extiende hacia afuera de toda carga eléctrica Q, llamada carga generadora y existe en todo el espacio que rodea a esta carga. De este modo, si una segunda carga q’ se ubica cerca de la primera, experimentará una fuerza eléctrica aplicada por el campo generado por Q
La idea de Campo es la forma como Michael Faraday explicó la acción de una fuerza a distancia, como la fuerza eléctrica.
Se define el Campo Eléctrico , en cualquier unto en el espacio, como la Fuerza ejercida sobre una pequeña carga de prueba q positiva colocada en dicho punto, dividida por la magnitud de la carga de ésta.
El campo eléctrico es una magnitud vectorial cuya unidad de medida en el S.I es:
Er
Fr
FE
q=
rr
N
C
La dirección del Campo Eléctrico en un punto se define como la dirección de la fuerza eléctrica que se ejerce sobre una pequeña carga positiva situada en dicho punto.
La intensidad del campo eléctrico es la magnitud o el valor del vector campo eléctrico. Este campo existe en forma independiente a la carga sobre la cual actúa, si esta carga de prueba se retira del espacio que rodea a la carga que genera el campo, este sigue existiendo pero la fuerza eléctrica no.
Campo Eléctrico Debido a una Carga Puntual
Si tenemos una carga puntual Q, situada a una distancia r de una carga de prueba, la magnitud del campo eléctrico en el punto donde está ubicada q, será:
De acuerdo con la Ley de Coulomb, la magnitud de la fuerza sobre la carga de prueba q es:
FE
q=
2
K Q qF
r
⋅ ⋅=
Reemplazando la ecuación anterior, obtenemos la magnitud del campo eléctrico a una distancia r debido a una carga puntual Q, según:
Esta relación nos muestra que el campo eléctrico solo depende de la carga Q que produce el campo y de la distancia r al punto en donde se quiere medir éste. Es independiente de la carga de prueba.
2
QE K
r=
Líneas del Campo Eléctrico
Líneas de Campo para una Carga Positiva
Líneas de Campo para una Carga Negativa
Las líneas de campo entre dos cargas se curvan y están dirigidas de acuerdo a los signos de las cargas. La cantidad de líneas está de acuerdo a su valor.
Campo Eléctrico Uniforme
Un campo eléctrico en una región es uniforme cuando presenta el mismo valor y dirección en todos los puntos de la región.
Una manera de obtener un campo eléctrico uniforme es a través de dos placas paralelas cargadas. Entre éstas el campo está orientado desde la placa positiva a la negativa y el vector no cambia.
Er
Campo Eléctrico y Conductores
Los conductores eléctricos manifiestan ciertas propiedades cuando están en equilibrio electrostático (cuando sus electrones libres no tienen un movimiento neto dentro del conductor) . Las propiedades se pueden resumir como:
El campo Eléctrico será nulo en todos los puntos internos del conductor.Las cagas eléctricas se encuentran distribuidas en la superficie del conductor.El campo eléctrico en la superficie de un conductor es perpendicular a ella.
Energía Potencial Eléctrica
La energía potencial la relacionamos con la capacidad de producir movimiento.
Si queremos mover una carga de prueba q hasta cierto punto dentro de un campo eléctrico generado por una carga Q, es necesario aplicar una fuerza para poder hacerlo y por lo tanto, realizar un trabajo contra las fuerzas eléctricas. Así la carga de prueba adquiere una energía potencial U.
La Energía potencial Eléctrica se mide en (J) y será positiva cuando la fuerza sea repulsiva.
Q q
U F r U Kr
⋅= ⋅ ⇒ =
Potencial Eléctrico
Corresponde a la energía potencial eléctrica por unidad de carga, en otras palabras:
Su unidad de medida en el sistema internacional, es el Volt (V) , que corresponde a (J/C)
Por ejemplo, un potencial de 220(V) significa que en ese punto una carga de 1[C], adquiere una energía de 220[J]
U Q
V V Kq r
= ⇒ =
Diferencia de Potencial Eléctrico
La energía potencial eléctrica por unidad de carga, varía de acuerdo a la distancia respecto de una carga generadora. Por lo tanto, existe una diferencia de potencial eléctrico (V) entre dos puntos ubicados a diferentes distancias de la carga generadora de un campo eléctrico.
Se define como el trabajo realizado (W) por un agente externo por unidad de carga, independiente de la trayectoria seguida.
En términos de la variación de la energía potencial eléctrica, podemos escribir la relación:
WV
q∆ =
U q V∆ = ⋅∆
Ejercicios Propuestos
Hallar la intensidad del campo eléctrico, en el aire, a una distancia de 30 cm de la carga q1= 5x10-9[C]. R:500[N/C]
Dos cargas eléctricas de 3[µC] y –8[µC] están a dos metros. Calcular la intensidad de campo en el punto medio del trazo que une estas cargas. R:9,9x104 [N/C]
Hallar la intensidad del campo eléctrico en el aire entre dos cargas puntuales de 20x10-8[C] y -5x10-8[C], distantes 10[cm]. Haga lo mismo considerando que reemplaza la carga de -5x10-8 por una de 5x10-8C. R: 9x105 [N/C], 54x104 [N/C]
