Bienvenidos



Le damos la bienvenida al visitante a este blog creado por el equipo #2 del grupo 5AVEO del CBTis 37.
Este blog esta enfocado en explicar un tema principal de la materia de física.



Cada entrada será dedicada a un punto específico del tema de campo eléctrico y potencia; pasando por el campo eléctrico, explicando los conceptos que abarca, que son: las líneas de tiempo, intensidad de campo y potencial eléctrico.

Podras apoyarte con imagenes y videos para facilitar la comprension del tema, recuerda que este blog esta hecho para buscar informacion util y ayudar a quien lo necesite.

¡Esperamos que te sea de mucha ayuda!.




CAMPO ELÉCTRICO


El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. La dirección del campo se toma como la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga positiva de prueba. El campo eléctrico esta dirigido radialmente hacia fuera de una carga positiva y radialmente hacia el interior de una carga puntual negativa.


Se conocen diversas clases de campos de fuerza, cuyas características dependen del tipo de agente que lo crea y sobre el cual actúa: gravitacional o gravitatorio, eléctrico y magnético.
Campo gravitacional o gravitatorio: Se define así el campo de fuerza originado por la presencia de un masa m1, cuya acción se manifiesta sobre otra masa m2.
Se define como la región de espacio en la que toda masa se ve sometida a la acción de una fuerza. la fuerza del campo gravitatorio F es directamente proporcional al valor de masa m por la intensidad del campo gravitativo I, es decir: F= Im

HISTORIA

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 a una cierta distancia r de la primera, la carga q experimentar a 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.

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.

Aqui esta un video para que puedas apoyarte en el tema.

Relacion de campo gravitatorio con uno eléctrico


Por convención, para poder entender como es la intensidad de un campo eléctrico  se utiliza una carga eléctrica pequeña positiva, denominada carga de prueba (q), la cual se coloca en diferentes puntos del campo; si la carga experimenta una reacción  entonces podemos decir que existe un campo eléctrico.


Intensidad del campo electrico

Cuando un campo eléctrico influye sobre otro cuerpo o carga eléctrica  se dice que ejerce una fuerza eléctrica sobre este. la intensidad del campo eléctrico (E) producido por una carga (Q) es el cociente entre la fuerza eléctrica (F) y el valor de la carga eléctrica de prueba (q).
Un campo eléctrico es una cantidad vectorial que tiene dirección, magnitud y sentido. la dirección se representa mediante una flecha que indica hacia donde se mueve una pequeña carga de prueba positiva en reposo cuando se coloca cerca de un cuerpo cargado. Se puede observar la dirección de un campo eléctrico generado por una carga de prueba cuando esta se coloca junto a una carga eléctrica positiva mayo. asimismo muestra lo que sucede con una carga de prueba cuando se aproxima a un cuerpo cargado negativamente.


Debemos tener en cuenta que:

1. La intensidad del campo eléctrico depende de la carga que crea el campo (Q), pero no de la carga prueba que se sitúa en él (q).
2. Cuanto mayor es la carga, mayor es la intensidad del campo creado por ella.

3. Cuanto más nos alejemos de la carga que crea el campo, más débil será dicho campo.


Ejemplo
Una carga de 2 uC se coloca en un campo eléctrico y experimenta una fuerza de 5x10^-4 N. ¿Cual magnitud de la intensidad del campo eléctrico?

DATOS                                                      FORMULA
q=2uC = 10^-6 C                                         E=F/q
F = 5X10^-4 N
E= ?

Sust. y Resultado

E= 5X10^-4 N / 2X10 ^-6 C
E= 250 N/C

Lineas del campo eléctrico


El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.1 Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor  sufre los efectos de una fuerza eléctrica "F" dada por la siguiente ecuación:

(1)F = qE

Micahel Faraday
Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.
Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

Todos los cuerpos electrizados tienen a su alrededor un campo eléctrico cuya fuerza se manifiesta sobre cualquier carga cercana a su zona de influencia. 
Las líneas de campo eléctrico pueden representarse gráficamente, lo cual resulta de gran utilidad, ya que permite visualizarlas. Para esto debe de considerar que las líneas de campo emergen de un cuerpo con carga positiva y, en uno con carga negativa, entran.
Ley de Faraday
En 1801, Michael Faraday realizó una serie de experimentos que lo llevaron a determinar que los cambios temporales en el campo magnético inducen un campo eléctrico. Esto se conoce como la ley de Faraday.

cuando se tienen dos cargas puntuales de igual magnitud pero opuestas, el mismo numero de lineas de campo que salen de la carga positiva terminan en la carga negativa, a esto se le llama "dipolo elécrtico".

En caso de que las cargas eléctricas sean de igual magnitud y del mismo signo, positivas o negativas, los campos se repelen.

Mismo signo y magnitud                              Dipolo eléctrico




Potencial eléctrico

El trabajo en los sistemas mecánicos significa que una fuerza desplaza un objeto. Un sistema eléctrico, se realiza un trabajo cuando una diferencia de potencial hace que una carga se mueva. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde la referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica

 v=w/q 

El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz.

Energía potencial eléctrica



Cuando un cuerpo se encuentra a determinada altura (h) respecto de un nivel de referencia, tiene cierta energía potencial (Ep) que es igual al producto de la masa (m), la gravedad (g) y la altura (h): Ep = mgh.
La enegría potencial de un cuerpo es la capacidad para realizar un trabajo.
Se dice que un cuerpo tiene la capacidad de realizar un trabajo positivo cuando no es necesario aplicarle una fuerza externa para moverlo cierta distancia; en caso contrario es negativo.

Así como un cuerpo que se encuentra en un campo gravitatorio tiene energía potencial, de manera análoga, una carga que se sitúa en un campo eléctrico posee energía potencial eléctrica debido a la fuerza la cual es capaz de realizar un trabajo que ejerce el campo eléctrico. Así como un cuerpo posee un valor de energía potencial igual a cero ( dependiendo del punto de referencia), de igual manera, una carga eléctrica tiene un valor de energía potencial igual a cero en el infinito.

Existen dos principios fundamenales:
1.- La intensidad de un campo eléctrico (E) producido por una carga (q) es el cociente entre la fuerza y la carga.
E = F/q

2.- El trabajo realizado por un agente que ejerce una fuerza constante se obtiene del producto de la componente de la fuerza (F) a lo largo de la dirección del desplazamiento por la magnitud del desplazamiento (d).
Cuando la dirección de ls fuerza y el desplazamiento son iguales, el trabajo se obtiene mediante:
T = Fd

Despejando F de la ecuación (1) y sustituyendola en la (2), se obtiene:
T = Eqd

Una diferencia importante entre la energía potencial gravitacional y la energía potencial eléctrica es que en la energía potencial gravitacional sólo hay un tipo de masa ( no hay masa positiva o negativa) y las fuerzas implicadas son siempre de atracción. Esto no se cumple en el caso de la energía potencial eléctrica debido a la existencia de la carga negativa.
No obstante, si la carga es obligada a moverse una distancia (d) en contra del campo eléctrico (E), el trabajo es negativo; en caso contrario, si la carga se mueve en el mismo sentido del campo eléctrico, el trabajo es positivo.
En algunos casos, cuando se tienen dos cargas, la energía potencial puede calcularse si sustituimos en la ecuación T = Eqd el valor del campo eléctrico E = kQ/(r1)2 e igualamos el trabajo (T) a la energía potencial (Ep).
T = kQqd/r^2

Ambos términos, r y d, representan la distancia, por tanto, r = d y podemos simplificar:
T= kQqd/r

Igualando el trabajo T a la energía potencial Ep, se tiene:

Ep = kQq/r

Esta ecuación nos permite determinar el valor de la energía potencial ocacionada por una carga "q" colocada a determinada distancia de otra carga Q.
Donde:
Ep = energía potencial
k= 9.0 x 10^9 Nm^2/C^2
Q, q = cargas