Naturaleza del campo eléctrico

Carga eléctrica:

La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos.

Conductores:

    Los conductores son los materiales que poseen electrones de valencia, estos electrones tienen la propiedad de moverse con libertad en el interior del elemento. Gracias a la presencia de estos, se generan “huecos” los cuales están disponibles para captar nuevos electrones. De este modo que, al inyectar nuevos electrones, los electrones de valencia saltan un nivel hasta la capa de valencia del próximo átomo, generando así un flujo de electrones, lo cual genera un flujo de corriente eléctrica.

    Los metales como el cobre, la plata, el oro, el aluminio, etcétera, son excelentes conductores, es decir, su conductividad es grande.

Aislantes:

    Existen también materiales con conductividades muy pequeñas, como el vidrio, hule, porcelana, etc. A dichos materiales, los llamamos “aislantes”. Estos, no permiten una libertad de movimiento al electrón, ya que no poseen una capa de valencia y su último nivel de capa está completa y no admite nuevos electrones. Por ello, al insertar una carga esta queda en el punto donde se depositó, sin distribuirse como lo haría en un conductor.

Carga Inducida:

    La carga inducida se produce cuando un objeto cargado repele o atrae los electrones de la superficie de un segundo objeto. Esto crea una región en el segundo objeto que está más cargada positivamente, creándose una fuerza atractiva entre los objetos.

Por ejemplo, cuando se frota un globo, el globo se mantendrá pegado a la pared debido a la fuerza atractiva ejercida por dos superficies con cargas opuestas (la superficie de la pared gana una carga eléctrica inducida pues los electrones libres de la superficie del muro son repelidos por los electrones que ha ganado el globo al frotarse, creando una superficie de carga positiva en la pared, que luego atrae a la superficie del globo).

Campo eléctrico:

           El campo eléctrico es una propiedad del espacio que rodea a cualquier tipo de carga generadora “Q”. Básicamente, un campo eléctrico es una región del espacio alterada por la presencia de una carga eléctrica, de modo que al introducir en dicho campo una nueva carga eléctrica ésta experimentará una fuerza. Dicho campo es de carácter vectorial y se representa mediante línea de campo. Si la carga presente en el espacio es positiva el campo eléctrico es radial y saliente a dicha carga; si la carga es negativa, entonces es radial y entrante. [ilustración 1.]

Ilustración 1

Como se mencionó anteriormente, si existen dos o más cargas en un mismo plano dentro de un campo eléctrico, aparece una fuerza llamada fuerza eléctrica cuyo valor, signo y dirección depende netamente de las cargas presentes y sus distancias. Cabe destacar que las cargas del mismo signo se repelen entre sí, mientras que las de distinto signo se repelen. [ilustración 2].

Ilustración 2

La dirección de la fuerza eléctrica es igual a la recta que las une [Ilustración 3], en el caso se tener más de dos cargas se deben considerar todas las direcciones individuales y realizar una suma vectorial de la cual se obtiene el vector de la dirección resultante [Ilustración 4].

Por otro lado, el sentido de la fuerza es determinado por el tipo de ambas cargas; si estas son de igual signo, el sentido es de repulsión y de atracción si son contrarias.

Ilustración 3

Ilustración 4

          

Líneas de campo eléctrico

El concepto de líneas de campo (o líneas de fuerza) fue introducido por Michael Faraday. Son líneas imaginarias que ayudan a visualizar cómo va variando la dirección del campo eléctrico al pasar de un punto a otro del espacio. Indican las trayectorias que seguiría la unidad de carga positiva si se la abandona libremente, por lo que las líneas de campo salen de las cargas positivas y llegan a las cargas negativas.

Además, el campo eléctrico será un vector tangente a la línea en cualquier punto considerado. [Ilustración 5.]

Ilustración 5.

Las propiedades de las líneas de campo se pueden resumir en:   

• El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto.
• Las líneas de campo eléctrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.
• El número de líneas que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
• La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.
• Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distintos.
• A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.