Flujo Eléctrico: Una Visión General
El flujo eléctrico a través de un área plana se define como el producto del campo eléctrico por el componente del área perpendicular a dicho campo. Si el área no es plana, la evaluación del flujo generalmente requiere una integral de área, ya que el ángulo estará cambiando constantemente. El flujo eléctrico depende de la fuerza del campo eléctrico E, del área de la superficie y de la orientación relativa del campo y la superficie.
Definición y Fórmula del Flujo Eléctrico
Para un campo eléctrico uniforme E que pasa a través de un área A, el flujo eléctrico Φ se define como:
Φ = E x A
Esta es la fórmula para el área perpendicular al vector E. Generalizamos nuestra definición de flujo eléctrico para un campo eléctrico uniforme a:
Φ = E x A x cosφ (flujo eléctrico para E uniforme, superficie plana)
Flujo Eléctrico en Campos No Uniformes
¿Qué sucede si el campo eléctrico no es uniforme, sino que varía de un punto a otro sobre el área? O si es parte de una superficie curva? Para un campo eléctrico no uniforme, el flujo eléctrico dΦE a través de un pequeño área superficial dA se da por:
dΦE = E x dA
Calculamos el flujo eléctrico a través de cada elemento e integramos los resultados para obtener el flujo total. El flujo eléctrico ΦE se define entonces como una integral de superficie del campo eléctrico:
La Ley de Gauss y su Aplicación
La ley de Gauss involucra el concepto de flujo eléctrico, que se refiere al campo eléctrico que pasa a través de un área dada. En palabras: la ley de Gauss afirma que el flujo eléctrico neto a través de cualquier superficie cerrada hipotética es igual a 1/ε0 veces la carga eléctrica neta dentro de esa superficie cerrada.
ΦE = Q/ε0
En forma pictórica, este campo eléctrico se muestra como un punto, la carga, irradiando «líneas de flujo», conocidas como líneas de Gauss. Note que las líneas de campo son una ilustración gráfica de la fuerza y dirección del campo y no tienen significado físico. La densidad de estas líneas corresponde a la fuerza del campo eléctrico, que también podría llamarse densidad del flujo eléctrico: el número de «líneas» por unidad de área. El flujo eléctrico es proporcional al número total de líneas de campo eléctrico que atraviesan una superficie.
Preguntas Frecuentes Sobre el Flujo Eléctrico
¿Cuál es la principal aplicación de la ley de Gauss?
La ley de Gauss es útil para determinar campos eléctricos cuando la distribución de carga es altamente simétrica. Al elegir la superficie, siempre aproveche la simetría de la distribución de carga para que E pueda ser eliminado de la integral.
¿Qué ley es análoga a la ley de Gauss?
Como la ley de Ampere, que es análoga al magnetismo, la ley de Gauss es una de las cuatro ecuaciones de Maxwell (la primera) y por lo tanto fundamental para la electrodinámica clásica.
¿Cuál es la unidad de carga eléctrica?
El coulomb (símbolo: C) es la unidad del Sistema Internacional de Unidades (SI) de 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
Artículo Siguiente
