Intensidad del Campo Eléctrico

Cuando completes este apartado sabrás responder a las siguientes preguntas:

¿Qué es la intensidad de campo eléctrico?
¿Hacia donde se mueven las cargas en un campo eléctrico?
¿Cuál es el campo eléctrico creado por una carga puntual?
¿Cuál es el campo creado por varias cargas puntuales?
¿Qué son las líneas de campo eléctrico?

Concepto de Intensidad del Campo Eléctrico

Decimos que en una determina región del espacio existe un campo eléctrico si al introducir una carga q' denominada carga testigo o carga de prueba sufre la acción de un fuerza eléctrica. Dicha carga siempre se considera positiva por convenio.

La intensidad del campo eléctrico ( $\vec{E}$ ) o simplemente campo eléctrico en un punto es una magnitud vectorial que representa la fuerza eléctrica( $\vec{F}$ ) que actúa por unidad de carga testigo positiva, q', situada en dicho punto.

\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q'}

La unidad de intensidad del campo eléctrico en el Sistema Internacional (S.I.) es el newton por culombio (N/C).

Así, la intensidad del campo eléctrico, o llamada más comunmente campo électrico (de forma simplificada), es un vector que tiene la misma dirección y sentido que la fuerza eléctrica que actúa sobre la carga testigo positiva. Además, su módulo se puede obtener mediante la siguiente expresión:

E = \frac{F}{q'}

Se dice que un campo eléctrico es uniforme en una región del espacio cuando la intensidad de dicho campo eléctrico es el mismo en todos los puntos de dicha región.

Movimiento de Cargas en el Interior de un Campo Eléctrico

Si partimos de la definición anterior, podemos determinar que la fuerza eléctrica que sufre una carga q situada en el interior de un campo eléctrico es:

$\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q} \Rightarrow \vec{F} = q \cdot \vec{E}$

De aquí podemos deducir que:

Si la carga es positiva (q > 0), la fuerza eléctrica tendrá el mismo signo que el campo y por tanto q se moverá en el sentido del campo.
Si la carga es negativa (q < 0), la fuerza eléctrica tendrá distinto signo que el campo y por tanto q se moverá en sentido contrario al campo.

Las cargas positivas se mueven en el sentido del campo eléctrico y las cargas negativas se mueven en sentido contrario.

Intensidad del Campo creado por una carga puntual

Tal y como hemos visto anteriormente, en el caso de que deseemos calcular la intensidad del campo eléctrico en un determinado punto creado por una única carga puntual q, deberemos introducir una carga testigo positiva q' en dicho punto. A partir de aquí podemos emplear la ley de Coulomb (para calcular la fuerza electrica que sufre q') y la definición de intensidad del campo en un punto:

$\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q'} = \frac{K \cdot \frac{q \cdot q'}{r^{2}} \cdot {\vec{u}}_{r}}{q'} \Rightarrow \vec{E} = K \cdot \frac{q}{r^{2}} \cdot {\vec{u}}_{r}$

La intensidad del campo eléctrico en un determinado punto creado por una carga puntual q se obtiene por medio de la siguiente expresión:

\vec{E} = K \cdot \frac{q}{r^{2}} \cdot {\vec{u}}_{r}

donde:

$\vec{E}$ es la Intensidad del campo eléctrico en un punto.
K es la constante de la ley de Coulomb.
q es la carga que crea el campo.
r es el módulo del vector $\vec{r}$ que va desde la la carga q hasta el punto, o lo que es lo mismo, la distancia entre la carga y el punto donde se mide la intensidad.
${\vec{u}}_{r}$ es un vector unitario del vector $\vec{r}$ .

En la figura se muestran el vector intensidad del campo eléctrico en un punto visto desde los dos casos posibles. El caso en que la carga sea positiva y otro en el que la carga es negativa. Observa que en ambos casos la intensidad de campo sigue la dirección del vector r y concretamente en las cargass positivas el vector se orienta hacia el exterior y en las negativas hacia el interior.

Si analizamos la expresión podemos deducir las siguientes cuestiones:

La intensidad del campo eléctrico en un punto depende de la carga q que lo genera, la distancia entre dicha carga y dicho punto y el medio en el que se encuentren.
Cuanto mayor es la distancia entre la carga y el punto donde se mida, la intensidad del campo eléctrico será menor.
La intensidad del campo eléctrico no depende de la carga testigo q', que necesitamos introducir para medirlo, únicamente dependerá del valor de la carga que lo genera.

Intensidad del Campo creado por varias cargas puntuales

En el caso de que tengamos varias cargas puntuales y deseemos conocer la intensidad del campo eléctrico en un punto podemos hacer uso del principio de superposición:

El campo eléctrico que generan n cargas puntuales estáticas en un determinado punto del espacio es la suma vectorial de la intensidad de campo creada por cada una de las cargas en dicho punto.

\vec{E} = {\vec{E}}_{1} + {\vec{E}}_{2} + . . . + {\vec{E}}_{n} = {\sum {\vec{E}}_{i}}_{i = 1}^{n}

Ejemplo

Disponemos de 3 cargas en el vacio q₁ = 7 mC, q₂ = -3 mC y q₃ = 3 mC situadas respectivamente en los puntos A (-3,0) m, B(0,0) m y C(4,0) m, determinar el campo eléctrico creado en el punto Z (0,3).

Ver solución

Líneas de Campo

Para poder visualizar gráficamente el campo eléctrico, Michael Faraday (1791-1867) propuso una representación por medio de líneas denominadas líneas de campo o líneas de fuerza. Al trazar estas líneas debes tener en cuenta lo siguiente:

Cada línea se trata de una flecha cuya dirección y sentido es el de la fuerza eléctrica que actuaría sobre una carga testigo positiva. En cada punto de la línea la intensidad del campo eléctrico (E) es tangente en dicho punto.
Las líneas no pueden cruzarse en ningún punto.
Las líneas parten de las cargas positivas y entran en las cargas negativas, de ahí que a las cargas positivas se les denomine fuentes del campo y a las negativas sumideros.
El número de líneas que salen o entran en la carga es proporcional al valor de esta.
Cuanto más juntas estén las líneas, más intenso será el campo.
En el caso en que la líneas de campo sean paralelas, el valor del campo eléctrico es constante.

Líneas de campo originadas por cargas puntuales

En la figura se muestran las líneas de campo creadas de forma independiente por una carga puntual positiva y otra negativa. Observa que las líneas son radiales y en la positiva las flechas van “hacia afuera” y en las negativas “hacia dentro”.

Líneas de campo originadas por conductores planos cargados

En la figura se muestran las líneas de campo creadas de forma independiente por una lámina conductora cargada positivamente y otra negativamente. Observa que las líneas son paralelas, lo que indica que el campo es uniforme (constante).

Líneas de campo originadas por dos cargas puntuales (dipolo)

Y ahora... ¡Ponte a prueba!

Sobre el autor

José L. Fernández

José Luis Fernández Yagües es ingeniero de telecomunicaciones, profesor experimentado y curioso por naturaleza. Dedica su tiempo a ayudar a la gente a comprender la física, las matemáticas y el desarrollo web. Ama el queso y el sonido del mar.

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Introducción al Concepto de Intensidad del Campo Eléctrico

Líneas de Campo Eléctrico

Movimiento de Cargas en el Seno de un Campo Eléctrico