¿Qué es la intensidad de un campo eléctrico: fórmula y cálculos?

Todos los materiales están formados por átomos que contienen partículas subatómicas como electrones, protones y neutrones. Estas partículas subatómicas también se llaman partículas cargadas. electrones tienen carga negativa mientras que los protones tienen carga positiva. Si un átomo contiene una gran cantidad de electrones en comparación con la cantidad de protones, se dice que tiene carga negativa. Mientras que si un átomo contiene una gran cantidad de protones en comparación con la cantidad de electrones, se dice que está cargado positivamente. Cada carga eléctrica está asociada a un campo eléctrico. La intensidad del campo eléctrico es una de las características de una carga eléctrica.

¿Qué es la fuerza del campo eléctrico?

Definición: La carga eléctrica es transportada por las partículas subatómicas de un átomo, como los electrones y los fotones. La carga de un electrón es de aproximadamente 1.602 × 10^-19 culombios. Cada partícula cargada crea un espacio a su alrededor en el que se siente el efecto de su fuerza eléctrica. Este espacio alrededor de las partículas cargadas se conoce como el "Campo Eléctrico". Siempre que se coloque una unidad de carga de prueba en este campo eléctrico, experimentará la fuerza emitida por la partícula fuente. La cantidad de fuerza experimentada por una partícula cargada unitaria cuando se coloca en el campo eléctrico se llama fuerza de campo eléctrico.

La intensidad del campo eléctrico es una cantidad vectorial. Tiene tanto magnitud como dirección. La carga de prueba que está sujeta al campo eléctrico de la fuente de carga experimentará una fuerza incluso si está en la posición de reposo. La intensidad del campo eléctrico es independiente de la masa y la velocidad de la partícula de carga de prueba. Depende únicamente de la cantidad de relleno presente en la partícula de relleno de prueba. La carga de prueba puede ser una partícula con carga positiva o una partícula con carga negativa.

La dirección del campo eléctrico está determinada por la carga en la partícula de carga de prueba. Para deducir la dirección de la fuerza del campo eléctrico, la carga de prueba se toma como una carga positiva. Por lo tanto, cuando se introduce una partícula con carga de prueba positiva en este campo eléctrico, experimentará una fuerza de repulsión. Así, la intensidad del campo eléctrico estará dirigida en dirección opuesta a la carga. Mientras que para una carga de prueba con carga negativa, la dirección de la fuerza para la intensidad del campo eléctrico será hacia la partícula de carga fuente.

Fórmula de intensidad de campo eléctrico

Considere una partícula cargada con carga 'Q'. Esta partícula cargada crea un campo eléctrico a su alrededor. Como esta partícula cargada es la fuente del campo eléctrico, se denomina fuente de carga. La fuerza del campo eléctrico creado por la fuente de carga se puede calcular colocando otra carga en su campo eléctrico. Esta partícula de carga externa utilizada para medir la fuerza del campo eléctrico se denomina carga de prueba. Deje que la carga en la carga de prueba sea 'q'.

Cuando se coloca una carga de prueba en el campo eléctrico, experimenta una fuerza eléctrica atractiva o una fuente eléctrica repulsiva. Sea la fuerza denotada por 'F'. Ahora, la magnitud de la intensidad del campo eléctrico se puede definir como "la fuerza por carga en la carga de prueba". Por tanto, la intensidad del campo eléctrico 'E' viene dada por

E = F/q——Eqn1

Aquí, se considera la carga de la partícula de carga de prueba en lugar de la carga de la partícula de carga fuente. Cuando se considera en unidades SI, las unidades de fuerza de campo eléctrico son Newtons por culombio. La intensidad del campo eléctrico es independiente de la cantidad de carga en la partícula de carga de prueba. Se mide de la misma manera alrededor de la fuente de carga, independientemente de la carga de la partícula de carga de prueba.

ley de Coulomb

La fuerza del campo eléctrico también se llama fuerza del campo eléctrico. La fórmula para la intensidad del campo eléctrico también se puede derivar de la ley de Coulomb. Esta ley da la relación entre las cargas de las partículas y la distancia entre ellas. Aquí las dos cargas son 'q' y 'Q'. Entonces la fuerza eléctrica 'F' está dada por

F = kqQ/ d²

donde k es la constante de proporcionalidad y d es la distancia entre las cargas. Cuando esta ecuación se reemplaza por la fuerza en la ecuación 1, la fórmula de intensidad de campo eléctrico se obtiene como

E = k. Q/d²

La ecuación anterior muestra que la intensidad del campo eléctrico depende de dos factores: la carga en la fuente de carga "Q" y la distancia entre la fuente de carga y la carga de prueba.

Por lo tanto, la intensidad del campo eléctrico de una carga depende de la ubicación. Es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la carga fuente y la carga de prueba. A medida que aumenta la distancia, disminuye la magnitud de la intensidad del campo eléctrico o la intensidad del campo eléctrico.

Cálculos de fuerza de campo eléctrico

De la fórmula para la fuerza del campo eléctrico, se derivó que-

• Es inversamente proporcional a la distancia entre la fuente y las cargas de prueba.
• Directamente proporcional a la carga 'Q' en la fuente de carga.
• No depende de la carga de la carga de prueba 'q'.

Cuando estas condiciones se aplican a la ley del inverso del cuadrado, la relación entre la intensidad del campo eléctrico (E1) a una distancia d1 y la intensidad del campo eléctrico (E2) a la distancia (d2) viene dada por:

E1/E2 = d²1/día²2

Por lo tanto, cuando la distancia aumenta en un factor de 2, la intensidad del campo eléctrico disminuirá en un factor de 4.

Calcule la fuerza del campo eléctrico que actúa sobre una partícula cargada -1.6×10^-19 C cuando la fuerza eléctrica es 5.6×10^-15NO

Aquí se dan la fuerza F y la carga 'q'. Entonces la fuerza del campo eléctrico E se calcula como E = F/q

Entonces, E = 5,6 × 10^-15 /-1.6×10^-19 = -3.5×10⁴ CN

La fórmula dimensional de la fuerza (newton) para la unidad kg.m/s² es MLT^-2. La fórmula dimensional de culombio para amperio-seg es AT. Entonces, la fórmula dimensional para la intensidad del campo eléctrico es MLT^-3A^-1.

preguntas frecuentes

1). ¿Cómo se define el campo eléctrico?

El campo eléctrico se define como la fuerza por unidad de carga.

2). ¿Cuál es el valor de la constante de proporcionalidad 'k'?

El valor de la constante de proporcionalidad 'k' en la ley de Coulomb es 9.0×10⁹ Nuevo Méjico²/VS².

3). ¿Depende la intensidad del campo eléctrico de la cantidad de carga en la carga de prueba?

No, la intensidad del campo eléctrico no depende de la cantidad "q". De acuerdo con la ley de Coulomb, cuando aumenta la carga, la fuerza eléctrica también aumenta por el mismo factor. Por lo tanto, estos dos cambios se anulan entre sí. Esto se puede entender por la fórmula de intensidad de campo eléctrico, E = F/q.

4). ¿Cuál es la dirección de la fuerza del campo eléctrico cuando se usa la partícula de prueba cargada positivamente?

Cuando se utiliza la partícula de cargas positivas, el vector de intensidad del campo eléctrico siempre se alejará de los objetos cargados positivamente. Debido a que la carga fuente y la carga de prueba tienen carga positiva, se repelen entre sí. Es lo contrario para las partículas cargadas negativamente.

Por lo tanto, las cosas se complican cuando la carga puntual se coloca bajo la influencia de muchas fuentes de carga. Aquí, primero, el campo electrico se calcula la intensidad de las cargas de cada fuente. Luego, la suma vectorial de todas estas intensidades da la intensidad de campo resultante en esta carga puntual. ¿Cuál es la dirección de la fuerza del campo eléctrico cuando la carga de prueba es negativa?