Solucionario Fisica General

Física General III

Campo Eléctrico

Optaciano Vásquez García

CAPITULO II

CAMPO ELECTRICO
CAMPO ELECTRICO

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Física General III

Campo Eléctrico

Optaciano Vásquez García

2.1

INTRODUCCIÓN La noción de campo es una idea de amplia importancia en descripción de un conjunto de fenómenos físicos. Un campo es una función o conjunto de funciones que representa por ejemplo acada componente de un vector, definida en todos los puntos en un espacio dado de coordenadas y que asocia determinada cantidad física a cada punto en el espacio. Los campos con que se trabajan son múltiples, uno de ellos lo constituye la temperatura, es decir en todo punto ), otra magnitud es del espacio existe una temperatura única en un tiempo t, expresada por la función ( ). Ambas cantidadesforman los llamados campos escalares. la densidad de una sustancia fluida ( Además de éstos campos existen los llamados campos vectoriales, es decir magnitudes vectoriales las cuales quedan definidas completamente asociándoles un vector único a cada punto del espacio. Son ejemplos de esta clase el viento en la atmósfera terrestre. En cada punto de la atmósfera el aire tendrá una velocidad ⃗ , cuyas); ( )y ( ) . En el componentes son funciones de la posición y del tiempo, esto es ( caso de que se trate de un campo de fuerzas este viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea a la tierra se hace visible en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, una masa de prueba yse mide su peso, es decir ). De la fuerza con que la tierra lo atrae. Dicha influencia se conoce como campo gravitacional terrestre ( ), y el de campo magnético un modo análogo en física se introduce la noción de campo eléctrico ⃗ ( ⃗( ), etc. En este capítulo presentaremos y desarrollaremos el concepto del campo eléctrico que producen cargas estáticas y aprenderemos algunos de los modos en los quenos puede ser útil. Asimismo, se continuará empleando la noción de campo en los capítulos posteriores, porque forma la base de la comprensión de muchos efectos eléctricos y magnéticos.

2.2

INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO. Es sabido que la principal fuente de los campos eléctricos son las distribuciones de cargas eléctricas, positivas o negativas en reposo o con un movimiento muy pequeñosituadas en una región del espacio en donde se dejan sentir sus efectos. Por tanto, si en un punto cualquiera del espacio en donde está definido un campo eléctrico se coloca una carga de prueba o carga testigo q0, se observará la aparición de fuerzas eléctricas, es decir la carga de prueba experimentará atracciones o repulsiones. Por ejemplo si consideramos una carga puntual fija +Q, tal como semuestra en la figura 2.1a, ésta producirá un campo en el espacio que lo circunda, ello se ve reflejado cuando colocamos a la carga de prueba q0 en dicho espacio, se observa que ésta última experimenta fuerzas repulsivas radiales. Si ahora remplazamos a la carga +Q por otra negativa –Q, la carga testigo experimentará fuerzas de atracción (véase la figura 2.1b), Por lo tanto, decimos que existe un campoeléctrico en una región del espacio si una carga en reposo denominada carga de prueba experimenta una fuerza de origen eléctrico. El vector intensidad de campo eléctrico ⃗ , en un punto en el espacio caracterizado por las coordenadas (x,y,z,t), está definido como la fuerza eléctrica ⃗ que actúa sobre una carga de prueba positiva colocada en este punto, dividida por la magnitud de la carga de pruebaq0. Esto es

E ( x, y, z, t ) 

F ( x, y, z, t ) , q0  0 q0

(2.1)

Debe notarse que ⃗ es el campo externo a q0 – no es el campo producido por q0. Debido a que el campo eléctrico es la fuerza por unidad de carga de prueba, la unidad de ⃗ en el SI es el newton/coulomb (N/C). Además, debe observarse que la dirección del campo es la misma que el de la fuerza eléctrica ya que asumimos ⃗...