El documento describe el concepto de campo eléctrico introducido por Faraday para describir la interacción entre cargas eléctricas. Según este concepto, una carga eléctrica produce un "campo" en el espacio que la rodea que actúa sobre otras cargas. El documento luego explica las líneas de campo eléctrico, superficies equipotenciales, y la analogía entre la energía potencial eléctrica y gravitacional.

1. Integrantes:
Alfredo Álvarez
Jaime Cisternas
Arturo Roco
Maximiliano Silva

2. El campo eléctrico, introducido por primera vez por Faraday en la primera mitad del siglo XIX,
constituye frente a la ley de Coulomb una forma nueva de describir la interacción entre dos
cargas eléctricas en reposo:
la ley de Coulomb es una ley de acción a distancia, como la ley de la gravitación universal de
Newton para la interacción gravitatoria entre dos masas puntuales: según
la ley de Coulomb, cuando tenemos una cierta carga puntual q, y situamos otra carga puntual q 0
a una cierta distancia r de la primera, la carga q 0
experimentara de forma
instantánea y a distancia una fuerza que, según la ley de Coulomb, es proporcional
al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
que las separa.
usando el concepto de campo, la interacción entre dos cargas eléctricas se describe
de una forma muy distinta: de acuerdo con esta interpretación, la carga q da lugar
a una alteración (o cambio) en las propiedades del espacio que la rodea, de modo
que cualquier carga q 0 situada en un punto de dicha región experimenta una acción
eléctrica. Dicho de otro modo, la carga q produce algo en el espacio que la
rodea, y este algo actúa sobre cualquier carga situada en un punto de dicho espacio, produciendo
la fuerza que actúa sobre dicha carga. Este espacio, dotado de una propiedad nueva debido a la
carga q, es lo que hemos denominado campo eléctrico.

3. El campo eléctrico tiene su origen en cargas eléctricas (cargas
puntuales, distribuciones continuas de carga o todas ellas al mismo
tiempo). Las cargas que dan lugar a un campo eléctrico dado suelen
recibir el nombre de cargas fuente.
El concepto de campo fue introducido, como hemos dicho antes, por
primera vez por Faraday para describir las interacciones eléctricas.
En la actualidad, desempeña un papel fundamental en la Física:
todas las interacciones conocidas se describen en términos del
concepto de campo.

4. Las líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo,
de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección
del campo en ese punto. Esto es una consecuencia directa de la ley de
Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo
se dirige perpendicularmente a la carga. Al unir los puntos en los que el
campo eléctrico es de igual magnitud, se obtiene lo que se conoce
como superficies equipotenciales, son aquellas donde el potencial tiene el
mismo valor numérico. En el caso estático al ser el campo eléctrico un
campo irrotacional las líneas de campo nunca serán cerradas (cosa que sí
puede suceder en el caso dinámico, donde el rotacional del campo eléctrico
es igual a la variación temporal del campo magnético cambiada de signo, por
tanto una línea de campo eléctrico cerrado requiere un campo magnético
variable, cosa imposible en el caso estático).

6. Energía potencial eléctrica.
El movimiento de una partícula de masa m en un campo gravitacional (g), es
análogo al movimiento de una partícula de carga q0 positiva en un campo
eléctrico (E). Cuando una partícula de carga positiva se desplaza en sentido
contrario al campo eléctrico realiza un trabajo negativo.
Supongamos que tenemos un campo eléctrico E y colocamos dentro del campo una
partícula de carga positiva q0. Para mover una partícula en sentido contrario
al campo (gravitacional o eléctrico) se requiere del trabajo de un agente
externo.
Si la fuerza externa es igual y opuesta a la fuerza debida al campo, la energía
cinética de la partícula no cambia. En este caso todo el trabajo externo se
almacena como energía potencial del sistema.
Como la fuerza eléctrica (q0E) tiene la misma forma de la fuerza gravitacional
podemos afirmar, por analogía, que la fuerza eléctrica es también una fuerza
conservativa, es decir, el trabajo debido al campo eléctrico no depende de la
trayectoria seguida, sino sólo de las posiciones inicial y final de la carga.
Por tanto, los fenómenos electrostáticos pueden describirse convenientemente en
términos de una energía potencial eléctrica y de un potencial eléctrico.

8. La energía potencial gravitacional Ug cerca de la tierra viene dada por
Ug =mgh
Se puede obtener una función que no dependa de la masa m, definiendo el
potencial gravitacional Vg, como la energía potencial por unidad de masa, es
decir
Vg = U/m = gh
La diferencia de potencial gravitacional entre dos puntos se define como el
trabajo externo necesario para desplazar una unidad de masa m desde el
nivel inicial yi hasta una altura final yf dada, sin cambiar su rapidez.
De manera análoga, podemos definir el cambio de energía potencial eléctrica
como el trabajo (externo) necesario para desplazar una carga q0 a través de
un campo eléctrico E, resultando

9. El cambio de energía potencial eléctrica entre
dos puntos se define como el trabajo
externo necesario para desplazar una
carga q0 desde el punto inicial (i) hasta el
punto final (f), sin cambiar su rapidez.
Con lo anterior podemos concluir que las líneas
de campo eléctrico siempre apuntan hacia
regiones en las que la energía potencial
eléctrica disminuye, de forma análoga al
caso gravitacional.
a) Considerando un campo E dirigido hacia
abajo, cuando una carga positiva q se
mueve de A a B el sistema carga-campo
pierde energía potencial eléctrica.
b) Cuando un objeto de masa m se mueve
hacia abajo en la dirección de un campo
gravitacional g, el sistema cuerpo-campo
pierde energía potencial gravitacional.
( )if i fW U U U∆= − = − −

10. La diferencia de potencial (ΔV) = VB – VA = -WA B/q0 = q0 E Δr /q0 =→
E.Δr
B
A
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
–
–
–
–
–

11. Cuando una fuerza es conservativa el trabajo que realiza a lo largo de
una trayectoria cerrada es cero.
Podemos considerar que el trabajo realizado sobre un cuerpo es una
energía externa que, en este caso, le es cedida al objeto
convirtiéndose en lo que se conoce como energía potencial; de tal
forma que si soltamos el cuerpo, este buscará ubicarse en puntos de
menor energía potencial (en este caso relacionada directamente con
la altura, ya que el trabajo resultó ser –mgh).
La energía potencial se presenta en conexión con fuerzas conservativas
como por ejemplo la fuerza de gravedad y la fuerza elástica de un
resorte. En particular, hemos mostrado que cuando un cuerpo se
desplaza en sentido contrario al campo gravitacional, la fuerza
gravitacional realiza un trabajo negativo, dado por -mgh.