El documento describe los conceptos de campo eléctrico y líneas de campo eléctrico. Explica que el espacio alrededor de una carga eléctrica se ve afectado por un campo eléctrico, el cual puede representarse mediante flechas vectoriales que indican la dirección de la fuerza sobre una carga positiva de prueba. También describe cómo dibujar las líneas de campo eléctrico alrededor de un dipolo eléctrico, y cómo la intensidad del campo eléctrico se define en términos de

1. CENTRO DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS, INDUSTRIAL Y DE SERVICIOS No. 109 FÍSICA II ING. ERNESTO YÁÑEZ RIVERA. TURNO VESPERTINO

2. EQUIPO 10 INTEGRANTES: 1.-ARTEAGA DEL ÁNGEL SAMANTHA SUHAIL 2.-CORTÉS MALDONADO OMAR 3.-FUENTECILLA CAMACHO KARLA 4.-HERBERT SÁNCHEZ CINTHYA DENNISE 5° "R"

4. Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea. La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia.

5. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea la Tierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre . De un modo análogo la física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico o electrostático.

6. La fuerza electrostática es una consecuencia inmediata y medible de la existencia de las cargas. Sin embargo, para medir una fuerza necesitamos de dos cargas. ¿Qué ocurre cuando tenemos una carga sola? Evidentemente, no existirá ninguna fuerza; pero una carga eléctrica afecta a toda la región del espacio que la rodea con la creación de un campo eléctrico, en donde ella es capaz de manifestar sus fuerzas de atracción o de repulsión sobre otras cargas. “ El espacio que rodea un objeto cargado se altera por la presencia de un campo eléctrico. Se dice que un campo eléctrico existe en una región del espacio en la que una carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica.

7. Esta imagen muestra un objeto cargado eléctricamente, y alrededor de éste se presenta el campo eléctrico.

8. La definición anterior suministra una prueba para la existencia de un campo eléctrico. Simplemente se coloca una carga en el punto de que se trate. Si se observa una fuerza eléctrica, en ese punto existe un campo eléctrico. De la misma manera que la fuerza por unidad de masa proporciona una definición cuantitativa de un campo gravitacional, la intensidad del campo eléctrico puede representarse mediante la fuerza por unidad de carga. Se define la intensidad del campo eléctrico “ E ” en un punto en términos de la fuerza “ F ” experimentada por una carga positiva pequeña, “ +q ”, cuando se coloca en dicho punto. La magnitud de la intensidad del campo eléctrico está dada por: E = F/q

9. En el sistema métrico, una unidad de la intensidad del campo eléctrico es el Newton por Coulomb (N/C); la fuerza en Newtons (N) y la carga en Coulombs (C). La utilidad de esta definición descansa en el hecho de que si se conoce un punto dado, puede predecirse la fuerza que actuará sobre cualquier carga colocada en dicho punto. Si “q” es positiva, “ E ” y “ F ” tendrán la misma dirección; si “ q ” es negativa, la fuerza “ F ” estará en dirección opuesta al campo “ E ”

10. Ejemplo: Una carga de 2 x 10 -6 C colocada en un campo eléctrico experimenta una fuerza de 8 x 10 -4 N. ¿Cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico? DATOS FÓRMULA Y DESARROLLO q= 2 x 10 -6 C E= F/q F= 8 x 10 -4 N E= 8 x 10 -4 N/ 2 x 10 -6 C E= ? E= 4 X 10 2 N/C

12. Un campo eléctrico puede representarse a través de las siguientes maneras: Representación vectorial del campo eléctrico. Representación gráfica de las líneas del campo eléctrico. Representación gráfica de las líneas del campo eléctrico en los alrededores de un dipolo.

13. Ya que la intensidad del campo eléctrico se define en términos de una carga positiva, su dirección en cualquier punto es la misma que la fuerza electrostática sobre una carga positiva de prueba en dicho punto. La dirección (y sentido) de la intensidad del campo eléctrico “ E ” en un punto del espacio es la misma que la dirección (y sentido) en la cual una carga se movería si fuera colocada en dicho punto. El campo eléctrico puede representarse geométricamente mediante flechas vectoriales, en la que su dirección está indicada por los vectores y se define como aquella hacia la que se movería una pequeña carga positiva de prueba que estuviera inicialmente en reposo.

14. Se observa que los vectores que apuntan hacia fuera son de carga positiva, y que los vectores que se dirigen hacia el centro son de carga negativa.

15. El campo eléctrico se extiende hasta el infinito, pero, cuando estamos muy lejos de la carga, las fuerzas son muy débiles, por lo que las podemos considerar prácticamente nulas. Luego el campo en el infinito será prácticamente nulo. El campo eléctrico se suele representar por las líneas de campo. Estas se trazan alrededor de las cargas y representan la trayectoria que seguiría, en cada caso, una carga positiva abandonada libremente en cada punto del campo (al lado).

16. Las líneas de campo parten de las cargas positivas y entran en las negativas. Para una carga puntual toman una dirección radial. Las líneas de campo son tangentes en cada punto al vector campo, esto es, son paralelas a aquél.

17. La fuerza ejercida sobre una carga eléctrica se debilita con la distancia. Luego el campo eléctrico también se debilitará con ella. La fuerza es una magnitud vectorial; en consecuencia, el campo eléctrico también lo es. Es decir, tienen la misma dirección, sentido e intensidad que la fuerza ejercida por la carga Q sobre una carga unidad positiva.

18. Para construir las líneas del campo eléctrico en los alrededores de un dipolo, deben seguirse dos reglas: 1.-La dirección de la línea de campo en cualquier punto es la misma que la dirección en la cual se movería una carga positiva si fuera colocada en ese punto. 2.-El espaciado de las líneas del campo debe ser de tal modo que estén más juntas donde se tiene un campo fuerte y alejadas entre sí donde el campo es débil.

19. Como consecuencia de la manera en que se dibujan las líneas éstas siempre divergen de las cargas positivas y convergen en las cargas negativas. Las líneas no pueden originarse o finalizar en el espacio, aunque el extremo de una línea pueda proseguir en el infinito.

20. Un ejemplo en donde se encuentran las líneas de campo en los alrededores de un dipolo, pero en este caso magnético, se aprecia en estas imágenes de un imán y la Tierra, teniendo ambos un polo norte magnético con campo positivo, y un polo sur magnético con campo negativo.

22. Para poder aplicar la fórmula de Coulomb, primero tenemos que definir la unidad de carga. Hemos dicho que la carga más pequeña que existe es la del electrón y a ésta se la llama unidad elemental de carga. Sin embargo, en el siglo XVIII no se conocían los electrones ni se sospechaba su existencia. Entonces se definió una unidad que es el Coulomb, C, que posteriormente se vio que era la carga de 6,3 · 10 18 electrones. El coulomb es la unidad de carga en el Sistema Internacional. Así, la carga del electrón expresada en coulombs es: En el Sistema Internacional, la constante K en el vacío vale: y la constante dieléctrica del vacío es:

24. La ley de Coulomb se puede expresar así: donde E es el campo creado por la carga Q, y q la carga "extraña" que introducimos en su campo. Matemáticamente: y, a partir de la ley de Coulomb: A la magnitud la llamamos intensidad del campo eléctrico. Asimismo, el número de líneas de campo que cruzan por una unidad de superficie en un punto, nos da la intensidad de campo.

25. En principio, parece que la definición de campo eléctrico no es necesaria; sin embargo, pensemos en el caso en que haya más de una carga; por ejemplo, dos. Cada una de ellas creará un campo y entre ellas se ejercerán fuerzas. Pero, ¿cuánto valdrá la fuerza ejercida sobre una tercera carga que introduzcamos? Pues, ; donde es el campo total, que definimos como la suma de los campos que hay en el sistema. A medida que compliquemos el sistema con más cargas, resultará mucho más fácil calcular el campo que crean, en vez de calcular todas las fuerzas y sumarlas después. El tipo de fuerzas electrostáticas y gravitatorias corresponde a la misma clase de función matemática. Esto es, son funciones que dependen del cuadrado de la distancia en proporción inversa.

26. Ejemplo: ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 2 cm de una carga de -12 µC? DATOS FÓRMULA Y DESARROLLO E= ? E= KQ/d 2 d= 2 cm = 2 x 10 -2 m E= (9 x 10 9 Nm/C 2 ) (12 x 10 -6 C) Q= -12 µC = -12 x 10 -6 C (2 x 10 -2 m) 2 K= 9 x 10 9 Nm/C 2 E= 108 x 10 3 Nm 2 C/C 2 4 x 10 -4 m 2 E= 27 x 10 7 N/C

27. GRACIAS POR SU ATENCIÓN