Thursday, 19 October 2017
Campo eléctrico

Campo eléctrico

El campo eléctrico es un disturbio energético que viaja en el espacio producto de la presencia de una carga eléctrica. Para cargas puntuales positivas sus líneas parten radialmente del centro de la carga, mientras para las negativas las líneas van hacia el centro de la misma, siempre radial.

Un cuerpo se dice que tiene una carga eléctrica efectiva, si tiene un exceso o faltante de electrones. También se dice que un sistema puede estar cargar por una distribución bipolar de las cargas de sus componente como es el caso de la molécula bipolar agua.

El campo eléctrico en un punto P determinado producido por una carga puntual varí­a con el inverso del cuadrado de la distancia y su dirección es radial, también es directamente proporcional a la carga neta que genera el disturbio.

Si la carga de un cuerpo de tamaño considerable en donde la aproximación de carga puntual no es válida, produce un campo en un punto P, este puede ser calculado por integración directa. Esto significa, que se calcula el campo producido por un diferencial de carga en el punto P. Al aplicar la fórmula Coulomb, deberá tomarse el radio vector partiendo del diferencial hasta el punto P. Posteriormente se integra en todo el espacio en donde hay carga. Dependiendo de la naturaleza del material de que está hecho un objeto la distibución de cargas será:

  • Volumétrica para el caso de materiales aislantes o dieléctricos.

  • Superficial en materiales conductores.

  • Si el objeto es muy delgado tipo alambre o cable se menciona que posee una carga distribuida en una densidad lineal.

Si el objeto es muy delgado tipo hoja de cuaderno, su carga se dice que está distribuida en una superficie

Carga eléctrica

 

 

E=k q r / r3

 

donde: r es el vector que parte de la partícula cargada y llega hasta el punto de observación. r es el tamaño del vector. q es la carga del objeto puntual que produce el campo, no olvide tomar en cuenta el signo de la misma. k es una constante 9 x 109 Nm2/C2

Si la carga del objeto está distribuida en torno o dentro de su volumen, y el tamaño del mismo es representativo, El campo en cualquier punto se calculara, así:

  • Tome un diferencial de carga, y utilize la fórmula anterior donde se sustituye q por dq

Cuerpo cargado




 

dE = k dq r / r3

  • Luego tome el vector r saliendo del diferencial de carga hasta llegar al punto P, de manera que presente una ecuación que permita estudiar todas las partes del objeto. Por ejemplo si es una línea de carga horizontal, suponga que la distancia entre el diferencial de carga y el punto P es x, algo similar si está vertical.

  • Integre la expresión a largo de todo el volumen donde hay carga. No olvide que para colocar correctamente los límites de integración debe asumir que el origen del sistema de coordenadas, este se encuentra en el punto P.

Los dq pueden ser calculados a partir de:

  • Para una distribución lineal: = dq/dl

  • Para una distribución superficial: σ = dq/dA

  • Para una distribución volumétrica:  = dq/dVol

Algunas expresiones diferenciales útiles son:

  • dx, dy, dz: diferencial de longitud de una línea paralela al eje "x", al "y" y al eje "z".

  • r dθ: para el caso de arcos líneales.

  • 4 pi r2 dr: Diferencial de volumen de una esfera.

  • 2  pi L r dr: Diferencial de volumen de un cilindro.

La fuerza electrostática que experimenta cualquier carga de prueba ubicada en el punto P, se calcula mediante la siguiente fórmula:

 

F = Ep * qo

La fuerza de origen electrostático que experimenta una carga es igual a la suma de fuerzas ejercidas contra ella por todas las demás cargas (principio de superposición). Lo mismo se puede decir para el campo eléctrico en el punto P, es igual a la suma de todos los campo eléctricos producidos por todas las cargas en el punto P.

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