Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos

Las definiciones de las líneas de campo eléctrico son muchas, pero como lo dice su nombre son simplemente líneas que van de un punto a otro, en las cuales se indica con una flecha la dirección del campo eléctrico, esta dirección depende de muchas cosas, como el tipo de carga y configuración que se presente entre estas, por ejemplo:

Líneas de campo eléctrico
Figura 1

En la figura 1 tenemos básicamente los dos tipos de cargas puntuales más importantes a considerar para adentrarnos en este estudio, del lado derecho de la imagen tenemos una carga eléctrica puntual negativa de valor "q(-)", por lo tanto las líneas de campo eléctrico van desde afuera (desde el infinito) hacia la carga, en esta ocasión se dice que el campo eléctrico va hacia la carga y en el lado izquierdo de la imagen tenemos a una carga eléctrica puntual positiva de valor "q(+)", por lo tanto las líneas de campo eléctrico van desde la carga misma “q(+)” hacia afuera (hacia el infinito).

En esta ocasión decimos que el campo eléctrico va hacia afuera, en la misma dirección de las líneas de campo eléctrico, mencionamos el infinito porque con esto queremos dejar claro que las líneas de campo eléctrico no tienen fin, esto ocurre en estos casos en donde se estudia la distribución de las líneas de campo eléctrico en una carga solamente, ya se verá más adelante que pasa si hay más de una carga en el estudio y que no todas las líneas de campo eléctrico parten o llegan al infinito.

Es importante tener claro que a medida que las líneas de campo eléctrico se alejan de la fuente el campo eléctrico es menor, es decir, la concentración de líneas de campo disminuye a medida que aumenta la distancia a la fuente que las genera, por ejemplo:

En la figura 2 el campo eléctrico en q1 es mayor que en q2 y en q2 es mayor que en q3, por consiguiente, el campo eléctrico es mayor en q1 porque está más cerca de la carga “+q” y el campo eléctrico en q3 es el que tiene menor valor porque es la carga que está más alejada de la carga “+q”, esto quiere decir que debido a que está más alejada es la que menos percibe las líneas de campo eléctrico de la carga “+q” y por eso el campo eléctrico en q3 es menor.

Líneas de campo eléctrico
Figura 2
Índice()

    Campo eléctrico de una carga puntual

     

    El campo eléctrico se puede obtener con la siguiente ecuación:

                            1                                                                                         (1)
    donde:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 28: Es el campo eléctrico de la carga;

    q: Es la carga puntual que genera el campo eléctrico;

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 29: Es la distancia que hay entre la carga que genera el campo y el punto donde se desea conocer;

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 30: Es el vector unitario que va en la misma dirección de la línea que une la carga que genera el campo eléctrico y el punto donde se desea conocer, Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 31;

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 32: Es la permitividad del vacío y su valor es aproximadamente Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 33;

    k: Es la constante de proporcionalidad y su valor es aproximadamente Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 34 ;

    Líneas de campo eléctrico
    Figura 3

    Con la ecuación (1) observamos que el factor Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 35 está en el denominador, esto quiere decir, como ya se ha dicho, que a medida que aumenta la distancia, el campo eléctrico disminuye y de esta manera se comprueba lo analizado en la figura 2.

    Características de las líneas de campo eléctrico

    • No se pueden ver a simple vista.
    • La carga es abrazada completamente en todo su espacio tridimensional por las líneas.
    • Tiene módulo, dirección y sentido, es decir, es un vector.
    • Son causadas por cargas que se conocen como la fuente del campo o de estas líneas.
    • En una fuente con carga positiva las líneas de campo eléctrico van hacia afuera de la misma.
    • En una fuente con carga negativa las líneas de campo van hacia dicha carga.
    • A medida que aumenta la distancia o se aleja de la fuente el campo eléctrico es menor ya que la concentración de las líneas de campo en el espacio disminuye.
    • Las líneas de campo eléctrico no se cruzan.
    • El vector campo eléctrico va en la misma dirección de la línea que une el punto donde se genera y el punto donde se desea calcular.

    Ejemplos

    1) Comportamiento del campo eléctrico entre dos cargas positivas

    En la figura 4, tenemos la distribución de las líneas de campo eléctrico cuando hay dos cargas positivas, como ya se sabe por ser positivas las líneas de campo eléctrico van hacia afuera, pero también se puede notar que en la zona más cercana entre las cargas hay una distribución especial de las líneas de campo, esto es así, debido a que recordemos que las líneas de campo eléctrico no se cruzan y por eso toman esa forma.

    Líneas de campo eléctrico
    Figura 4

    2) Comportamiento de las líneas de campo eléctrico entre dos cargas negativas.

    En la figura 5 de la misma manera que en la figura 4, en la zona más cercana entre las cargas las líneas de campo eléctrico no se cruzan y por eso la distribución es de esa manera, a diferencia de que en este caso las líneas de campo van hacia la carga (entrando).

    Cargas eléctricas negativas
    Figura 5

    3) Dipolo Eléctrico

    Aquí llegó el momento de explicar qué ocurre con las líneas de campo eléctrico cuando hay dos cargas de signo diferente y de igual magnitud, en la imagen anterior del lado izquierdo tenemos una carga positiva “+”, por lo tanto las líneas de campo eléctrico van hacia afuera y en el lado derecho tenemos una carga negativa “-”, de modo contrario las líneas de campo eléctrico van hacia adentro, podemos observar que en el sitio donde las cargas están más cercanas, las líneas de campo eléctrico salen o parten de la carga positiva “+” y entran o terminan en la carga negativa “-”.

    Dipolo eléctrico
    Figura 6

    Aquí observamos lo que mencionamos anteriormente cuando dijimos que no todas las líneas de campo eléctrico parten o terminan en el infinito, esto quiere decir, que las líneas de campo eléctrico de la carga positiva y de la carga negativa se unen en esa zona, partiendo de una carga (+) y terminando en otra (-), en este caso a la distribución de las líneas de campo eléctrico se le conoce como dipolo eléctrico, esto sí y solo si, tanto la carga positiva “+” y la carga negativa “-” tienen el mismo valor y son de signo contrario como aquí se presentan, siendo también cercanas entre sí.

    4) Campo creado por varias cargas puntuales

    En la siguiente imagen, se desea calcular el campo eléctrico total en el punto A que producen las tres cargas q1, q2 y q3, por lo tanto, se tienen tres campos eléctricos Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 36, Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 37 y Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 38 debido a cada carga respectivamente.

    Suma de campos eléctricos
    Figura 7

    Del mismo modo se deduce:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 36: Es el campo eléctrico en el punto A debido a la carga q1;

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 37: Es el campo eléctrico en el punto A debido a la carga q2;

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 38: Es el campo eléctrico en el punto A debido a la carga q3;

    Note que cada vector de campo eléctrico Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 42 tiene una orientación diferente y va en la misma dirección de la línea que une la carga respectiva “q” que genera su propio campo y el punto A (donde se desea conocer el valor del campo eléctrico debido a esta carga).

    En consecuencia, el campo eléctrico total Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 42 en el punto A debido a las tres cargas q1, q2 y q3 sería Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 44, en otras palabras, el campo eléctrico total en el punto “A” debido a las cargas q1, q2 y q3 es la suma vectorial de los respectivos campos eléctricos que generan las tres cargas antes mencionadas y se puede observar su suma vectorial en la figura 7, dando como resultado al campo eléctrico total.

    5) Determine el campo eléctrico que ejerce la carga “q” en el punto A, con los datos que se muestran en la siguiente imagen.

    Campo eléctrico en el punto A debido una carga puntual
    Figura 8

    Utilizando la ecuación (1) para calcular el campo eléctrico de una carga puntual “q” dada anteriormente, tenemos:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 45;

    Lo primero que haremos será calcular el vector unitario, los dos puntos que necesitamos para hacer este cálculo son:

    • El punto donde está ubicada la carga que genera el campo, en este caso (1,2).
    • El punto donde se quiere calcular el campo eléctrico, en este caso (4,5).

    Por lo tanto, el vector unitario sería:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 46

    Cálculo de Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 47:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 48

    Cálculo de Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 49:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 50

    Entonces el vector unitario sería:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 51

    Entonces,

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 52

    Como resultado el campo eléctrico sería:

    Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 53

    Por lo tanto la carga “q” de valor 8 nC ubicada en el punto (1,2) ejerce en el punto A(4,5) un campo eléctrico que tiene como magnitud Líneas De Campo Eléctrico, Características Y 5 Ejemplos 54 , esto quiere decir que la carga “q” ejercerá una fuerza de 4 N en cada carga que tenga como valor 1 C ubicada en el punto A.

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