Campo Electroestático: Una Visión General
El campo electrostático se define como un campo eléctrico estático, descrito por un campo vectorial de intensidad de campo eléctrico o por un potencial escalar. Las unidades SI derivadas para el campo eléctrico son voltios por metro (V/m), equivalentes exactamente a newtons por coulomb (N/C). Este campo electrostático y la fuerza que crea pueden ilustrarse con líneas denominadas «líneas de fuerza».
Naturaleza del Campo Electroestático
Los campos electrostáticos son campos eléctricos que no cambian con el tiempo. Están presentes cuando los sistemas de materia cargada son estacionarios o cuando las corrientes eléctricas son invariables. Matemáticamente, el campo electrostático se define como un campo vectorial que asocia a cada punto en el espacio la fuerza de Coulomb por unidad de carga ejercida sobre una carga de prueba infinitesimal positiva en reposo en ese punto.
Líneas de Fuerza del Campo Eléctrico
Una línea de campo eléctrico es una línea o curva imaginaria dibujada a través de una región del espacio de tal manera que su tangente en cualquier punto está en la dirección del vector del campo eléctrico en ese punto. La cantidad de líneas por unidad de área (perpendicular a su dirección) es proporcional a la magnitud del campo eléctrico en ese punto.
Métodos Matemáticos en Electroestática
Los métodos matemáticos de la electrostática permiten calcular las distribuciones del campo eléctrico y del potencial eléctrico a partir de una configuración conocida de cargas, conductores y aislantes. Los objetos cargados se repelen o atraen entre sí debido a la forma en que actúan estos campos juntos.
Cálculo del Campo Eléctrico
El campo eléctrico, una cantidad vectorial, es la fuerza por unidad de carga ejercida sobre una carga de prueba en cualquier punto. Definimos el campo eléctrico E en un punto como la fuerza eléctrica F0 experimentada por una carga de prueba q0 en el punto, dividida por la carga q0. Es decir, el campo eléctrico en un cierto punto es igual a la fuerza eléctrica por unidad de carga experimentada por una carga en ese punto.
Superposición de Campos Eléctricos
El campo eléctrico de cualquier combinación de cargas es la suma vectorial de los campos causados por las cargas individuales. Para calcular el campo eléctrico causado por una distribución continua de carga, divida la distribución en pequeños elementos, calcule el campo causado por cada elemento y luego realice la suma vectorial, generalmente integrando.
Ejemplo de Carga Eléctrica
Notablemente, en cuatro litros de agua, hay aproximadamente 2.1 x 108C de carga total de electrones. Así, si colocamos dos botellas a un metro de distancia, los electrones en una de las botellas repelen a los de la otra botella con una fuerza de 4.1 x 1026N. Esta tremenda fuerza es comparable con la fuerza que pesaría el planeta Tierra si se pesara en otra Tierra.
Preguntas Frecuentes
¿Qué partículas en los átomos tienen una carga eléctrica? Un átomo consta de un núcleo cargado positivamente rodeado de electrones cargados negativamente, de modo que el átomo en su conjunto es eléctricamente neutro. El núcleo atómico consta de protones cargados positivamente y neutrones neutros.
¿Por qué se atraen protones y electrones? Los electrones en un átomo son atraídos hacia los protones en el núcleo por la fuerza electromagnética. Esta fuerza une a los electrones dentro de un pozo de potencial electrostático que rodea al núcleo más pequeño, lo que significa que se necesita una fuente externa de energía para que el electrón escape.
¿Cuál es la unidad de carga eléctrica? El coulomb (símbolo: C) es la unidad del Sistema Internacional de Unidades (SI) para la carga eléctrica. El coulomb se definió como la cantidad de electricidad transportada en un segundo por una corriente de un amperio: 1 C = 1 A × 1 s.
