Qué son las líneas de campo eléctrico : propiedades y su representación

El concepto de líneas de campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday, que nació el 22 de septiembre de 1791 en Londres y murió el 25 de agosto de 1867 en el Palacio de Hampton Court, Molesey. En muchas áreas de la física, los campos eléctricos son importantes y en la tecnología eléctrica estos campos se explotan prácticamente. La fuerza de atracción entre los electrones y el núcleo atómico, los campos eléctricos son los responsables. La unidad SI de la intensidad de la señal del campo eléctrico es v/m (voltios por metro) y por los campos magnéticos que varían en el tiempo o por las cargas eléctricas, se crean los campos eléctricos. Se explica brevemente las líneas de campo eléctrico y la representación de las líneas de campo.

¿Qué son las líneas de campo eléctrico?

Definición: Una línea de campo eléctrico se define como una región en la que una carga eléctrica experimenta una fuerza. Los objetos cargados pueden ser positivos o negativos, las cargas opuestas se atraen y las cargas similares se repelen. Las líneas de campo son representaciones visuales del campo eléctrico creado por una sola carga o un grupo de cargas y se abrevia como campo E. Se trata de un concepto tridimensional y, por tanto, no puede visualizarse con gran exactitud en un plano. La letra E representa el vector del campo eléctrico y es tangente a la línea de campo en cada punto. La dirección de estas líneas es la misma que la del vector del campo eléctrico.

Intensidad del campo eléctrico debido a una carga puntual y a un grupo de cargas

La intensidad de campo eléctrico debida a las cargas puntuales puede obtenerse mediante la ley de Coulomb. La intensidad de campo eléctrico debida a la carga puntual se muestra en la siguiente figura.

Según la ley de Coulomb, la fuerza "F" se expresa como

F= q*q₀/4Πε₀ r² r ̂ ........................... eq(1)

La intensidad del campo eléctrico debida a una carga puntual se expresa como

E=F/q₀ r ̂ ......................... eq (2)

Sustituyendo la ec(1) en la ec(2) se obtiene la expresión de la intensidad del campo eléctrico junto con la carga puntual y la carga de prueba

E=q*q₀/4Πε₀ r² *1/q_{0 r ̂}

E=q/4Πε₀ r² r ̂.................. eq (3)

Donde r ̂ es el vector unitario

La ecuación (3) es la intensidad del campo eléctrico debida a la carga puntual junto con la carga puntual y la carga de prueba. La intensidad del campo eléctrico debida al grupo de cargas se muestra en la siguiente figura

Donde q_1, q_2, q_3, q_4, q_5, q₆.......... q_n son las cargas y r_1, r_2, r_3, r_4, r_5, r₆.......... r_n son las distancias.

La intensidad del campo eléctrico debida al grupo de cargas en el punto p viene dada por

E=E₁+ E₂+ E₃+ E₄+.........+ E_n ......................... eq (4)

Como sabemos que la intensidad del campo eléctrico debida a la carga puntual se expresa en la anterior ecuación (3), de forma similar

E₁=q₁/4Πε₀ r₁² r ̂₁

E₂=q₂/4Πε₀ r₂² r ̂₂

E3=q₃/4Πε₀ r₃² r ̂₃ ............En=q_n/4Πε₀ r_n² r ̂_n

Sustituto E_1, E_2, E_3, E_4,.........E_n en la ecuación (4) obtendrás

E= q₁/4Πε₀r₁²r ̂₁+q₂/4Πε₀r₂²r ̂₂+q₃/4Πε₀r₃²r ̂3+...........+qn/4Πε₀ r_n² r ̂_n

E= 1/4Πε₀[q­₁ /r₁²r ̂₁ +q­₂/r₂² r ̂₂+q­₃/r₃² r₃ ̂+………..+q­_n/r_n² r ̂_n]............................... eq(5)

La ecuación (5) es la intensidad del campo eléctrico debida al grupo de cargas

Representación de las líneas de campo

Para q>0: Cuando q es mayor que cero (q>0), la carga es positiva y las líneas de campo son radiales hacia fuera. Las líneas de campo para q>0 se muestran en la siguiente figura.

Para q<0 Cuando q es menor que cero (q<0), la carga es negativa y las líneas de campo son radiales hacia dentro. Las líneas de campo para q<0 se muestran en la siguiente figura.

Cargas o Dipolos Diferentes: La representación de las líneas de campo para las cargas diferentes o dipolos se muestra en la siguiente figura.

Para Cargas Similares

Si |q1| = |q2| Si la carga q₁ y q₂ son iguales, el punto neutro y la intensidad de campo es nula para cargas similares y está en el centro de q₁ y q₂ cargos.

Si |q1|>|q2| Si la carga q₁ es mayor que q₂el punto neutro "p" se desplaza hacia la carga q₂ de menor magnitud.

Campo eléctrico uniforme: En el campo eléctrico uniforme las líneas de campo parten de la carga positiva y van hacia la carga negativa. Las líneas de campo son equidistantes y las líneas son paralelas en el campo eléctrico uniforme.

Propiedades

Las propiedades de las líneas de campo eléctrico son

• Las líneas de campo parten de la carga positiva y terminan en la carga negativa
• Las líneas de campo son continuas
• Las líneas de campo nunca se cruzan (Razón: Si se cruzan, habrá dos direcciones de un campo eléctrico en el punto, lo que no es posible)
• En la región del campo eléctrico fuerte, las líneas están muy cerca unas de otras, mientras que en la región del campo eléctrico débil las líneas están lejos
• En la región de la línea de campo eléctrico uniforme, hay líneas paralelas equidistantes
• Las líneas de campo son siempre normales a la superficie del conductor

Reglas para dibujar las líneas de campo eléctrico

Las reglas para dibujar las líneas de campo son

• Para un grupo dado de cargas puntuales, las líneas de campo siempre se originan en una carga positiva y terminan en una carga negativa. En caso de que haya algún exceso de carga, algunas líneas comenzarán o terminarán indefinidamente.
  Por ejemplo, en la figura anterior q₁ es mayor que q₂. Las líneas se originan en q₂, por lo que la carga q₂ es positivo y en la carga q₁ algunas líneas vienen de una distancia infinita.
• El número de líneas trazadas que terminan en una carga negativa o salen de una carga positiva es proporcional a la magnitud de la carga.
  Por tanto, cuanto mayor sea la carga, más líneas saldrán de ella si es una carga positiva o terminarán en ella si es una carga negativa.
• Las líneas de campo nunca se cruzan entre sí

Preguntas frecuentes

1). ¿Cuáles son los tipos de líneas de campo eléctrico?

El campo eléctrico uniforme y el campo eléctrico no uniforme son los dos tipos de líneas de campo eléctrico. Se dice que la línea de campo es un campo eléctrico uniforme cuando el campo eléctrico es constante y se dice que es un campo eléctrico no uniforme cuando el campo es irregular en cada punto.

2). ¿Cómo se crea un campo eléctrico?

Mediante las cargas estacionarias se produce el campo eléctrico, y mediante las cargas en movimiento se produce el campo magnético.

3). ¿Cómo se produce el campo eléctrico?

El campo eléctrico es producido por las partículas cargadas. En la dirección del campo, las cargas positivas se aceleran y en la dirección opuesta del campo, las partículas cargadas negativamente se aceleran.

4). ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico debido a las cargas puntuales?

La intensidad del campo eléctrico debida a la carga puntual junto con la carga puntual y la carga de prueba se expresa como

E=q/4Πε₀ r² r ̂

Donde E es la intensidad del campo eléctrico, r ̂ es el vector unitario y q es la carga.

5). ¿Cómo indican las líneas de campo eléctrico la intensidad del campo?

La intensidad de las líneas de campo eléctrico depende de la carga de la fuente y el campo eléctrico es fuerte cuando las líneas de campo están próximas entre sí.

En este artículo, campo eléctrico se discute la intensidad debida a la carga puntual y al grupo de cargas, la representación de las líneas de campo, las propiedades de las líneas de campo y las reglas para dibujar las líneas de campo eléctrico. Aquí tienes una pregunta, ¿qué es una carga de prueba y una carga puntual en un campo eléctrico?