Intensidad del Campo Eléctrico

Para determinar la existencia o inexistencia de un determinado campo eléctrico, así como sus características, es necesario introducir dentro de él una carga q' que nos sirva de testeador. Esta carga q' se denomina carga de prueba o carga testigo y por convenio siempre se considera positiva.

Si la carga testigo sufre la acción de una fuerza eléctrica, querrá decir que se encuentra en el seno de un campo eléctrico y gracias a ella podremos cuantificarlo por medio de una nueva magnitud denominada intensidad del campo eléctrico.

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

E=Fq'

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, 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=Fq'

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:

E=FqF=q·E

De aquí podemos deducir que:

  • Si la carga es positiva (> 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 (< 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:

E=Fq'=K·q·q'r2·urq' E=K·qr2·ur

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

E=K·qr2·ur

donde:

  • 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 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.
  • ur es un vector unitario del vector 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.

E=E1+E2+...+En=Eii=1n

Ficha de ejercicios resueltos

Aquí puedes poner a prueba lo que has aprendido en este apartado.

Intensidad de campo creada por una carga negativa

dificultad

¿Cuál es la intensidad del campo creado por una carga de -2 mC situada en el vacío, en un punto situado a 5 metros hacia el norte de dicha carga? 

Intensidad del campo eléctrico creado por una carga puntual

dificultad

Determina la intensidad de campo eléctrico en el punto (6,2)  generado por una carga de:
a) 5 µC localizada en el punto (-2,3).
b) -3 µC localizada en el punto (1,-5).

(Datos. Las coordenadas se encuentran en metros; K=9·109 N·m2/C2)

Campo eléctrico nulo

dificultad

Dadas dos cargas q1=3 µC y q2= 6 µC separadas 2 m. ¿A que distancia de q2 se encuentra el punto del segmento que une q1 y q2 en el que se anulan los campos electricos de ambas cargas?

Masa de una partícula en un campo eléctrico

dificultad

Determina la carga que debe poseer una partícula de 5 g de masa para permanecer en reposo en el seno de un campo eléctrico, teniendo en cuenta que en el punto en el que se insertará posee una intensidad de campo eléctrico E=-350·j N/C.

Ficha de fórmulas

Aquí tienes un completo formulario del apartado Introducción al Concepto de Intensidad del Campo Eléctrico. Entendiendo cada fórmula serás capaz de resolver cualquier problema que se te plantee en este nivel.

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Intensidad del Campo Eléctrico

E=Fq'

Módulo de la Intensidad del Campo Eléctrico

E=Fq'

Intensidad del Campo creado por una Carga Puntual

E=K·qr2·ur

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