¿Qué es el campo eléctrico?

Cuando estudiamos la interacción entre dos cargas eléctricas podemos recurrir a la ley de Coulomb para determinar la fuerza electrostática que surge entre ellas. Otra forma alternativa de analizar el efecto que una carga ejerce sobre otra situada a una cierta distancia es suponer que la carga crea una perturbación en el espacio que le rodea, de manera que cualquier otra carga se verá afectada por esa perturbación. Esta idea es la que se esconde detrás del concepto físico de campo:

En física, un campo es una región del espacio en la que una determinada magnitud toma diferentes valores en cada uno de sus puntos. Un campo puede ser escalar o vectorial, según sea la naturaleza de la magnitud física que los define.

Según esto, un campo eléctrico es una región del espacio en la que cualquier carga situada en su interior experimentará una fuerza eléctrica (campo de fuerzas). Esta fuerza no es la misma en todos los puntos, por lo que una misma carga experimentará fuerzas distintas en función de su posición, es decir, de sus coordenadas espaciales. La magnitud que caracteriza cada uno de los puntos de un campo se denomina intensidad de campo, que para el caso del campo eléctrico se define así:

La intensidad de campo eléctrico (E) en un punto es la fuerza que el campo ejercería sobre una unidad de carga positiva situada en ese punto.

campo-electrico.png

Campo eléctrico creado por una carga puntual

Una carga puntual Q crea un campo eléctrico en el espacio, de manera que en un punto P cualquiera, situado a una distancia r, existe una intensidad de campo eléctrico definida como:

campo-creado-carga-puntual.png

El campo creado por una carga puntual es característico de cada punto en un instante y coincide en módulo en todos aquellos puntos situados a una misma distancia (en medios homogéneos e isótropos). Dado que es una magnitud vectorial, su dirección será la de la línea que une ambas cargas y su sentido dependerá de la carga que crea el campo:

  • Si Q > 0: los vectores E y r tienen la misma dirección y sentido (la carga Q ejercerá una fuerza de repulsión sobre una carga de prueba q positiva situada en algún punto del campo).
  • Si Q < 0: los vectores E y r tienen la misma dirección pero sentido contrario (la carga Q ejercerá una atracción sobre la carga de prueba q positiva situada en algún punto del campo).

Esto no implica que la fuerza tenga necesariamente la misma orientación:

relacion-fuerza-campo-electrico

  • Si situamos una carga positiva, la fuerza eléctrica tiene la misma dirección y sentido que el vector intensidad de campo eléctrico.
  • Si situamos una carga q negativa, la fuerza eléctrica tiene la misma dirección que el vector intensidad de campo eléctrico, aunque de sentido opuesto. 

Aclaración: estas consideraciones se satisfacen siempre y cuando se considere que el vector r es el que une la carga que crea el campo (carga Q) con la carga que situamos en un punto de dicho campo (carga q). Por comodidad, se suele situar el sistema de referencia en la carga Q, por lo que el vector r coincide con las coordenadas del punto P en el que se sitúa la carga q.

Campo eléctrico creado por un sistema de cargas puntuales

Cuando tenemos una distribución discreta de cargas puntuales, el campo eléctrico en un punto P será la suma de vectorial de los campos eléctricos creados por cada una de las cargas de manera individual. Este enunciado se conoce como principio de superposición del campo eléctrico:

campo-electrico-superposicion.png

campo-electrico-principio-superposicion

Puedes encontrar ejercicios de aplicación resueltos pulsando aquí.

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