ELECTROTECNIA 1 – ESCUELA TECNICA BERNARDINO RIVADAVIA – 5TO 4TA T.N

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Escuela Técnica Bernardino Rivadavia

Electrotecnia 1

5to 4ta T.N

Ciclo Superior

Modalidad Virtual

Año: 2020

Prof: Ing. SANCHEZ Hugo Federico

Celular: 3794-803166

Correo: h_federico_s@hotmail.com

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Campo Eléctrico Michael Faraday fue el primero a proponer el concepto de campo eléctrico y también contribuyó con otros trabajos para el electromagnetismo, posteriormente este concepto fue mejorado con los trabajos de Maxwel quien fue discípulo de Faraday.

El concepto de campo eléctrico surgió de la necesidad de explicar la acción de fuerzas a distancia. El campo eléctrico existe en una región del espacio cuando, al colocar una carga eléctrica en esta región, tal carga es sometida a una fuerza eléctrica.

El campo eléctrico puede ser comprendido como una entidad física que transmite a todo el espacio la información de la existencia de un cuerpo electrificado y al colocar otra carga en esta región, será constatada la existencia de una fuerza de origen eléctrico actuando sobre esta carga.

La interacción eléctrica entre las partículas también puede interpretarse en términos del concepto de campo eléctrico. Bajo este concepto, la interacción entre dos objetos cargados se puede entender en términos del efecto que produce una carga en el espacio, tal que otra carga en cualquier punto que rodea a la primera experimentará una fuerza y se dice que existe un campo eléctrico creado por la primera carga, que afecta el espacio que la rodea. De igual manera, el segundo objeto cargado crea un campo eléctrico que afecta al primero. Para probar la existencia de un campo eléctrico se toma un cuerpo pequeño cargado que se coloca en cualquier punto. Si este objeto experimenta una fuerza de origen eléctrico, entonces existe un campo eléctrico. A esta pequeña carga se la llama carga de prueba y comúnmente se le denota como 푞0.

Para la definición del campo eléctrico se puede utilizar una carga de prueba positiva o negativa, pues el campo no depende de la carga de prueba, únicamente del sistema de cargas que produce el campo. Se define el campo eléctrico como la fuerza que actúa sobre la carga de prueba por unidad de carga,

퐸⃗ =퐹 /푞0

Se puede observar que 퐹 =푞퐸⃗ , la fuerza sobre una carga positiva tiene la dirección del campo eléctrico, mientras que la fuerza sobre cargas negativas tiene dirección opuesta al campo. Obsérvese que las unidades de la intensidad del campo eléctrico son N·C−1. El campo eléctrico no solo es una cantidad vectorial, sino que se puede imaginar como un conjunto infinito de ellas, cada una asociada a un punto en el espacio. A esto se le conoce como campo vectorial.

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Cálculo del campo eléctrico: Para calcular la magnitud del campo eléctrico debido a una carga puntual se puede utilizar la relación:

퐸=푘*(푞/푟2)

La dirección del campo se da alejándose de la carga si esta es positiva y acercándose a la carga si esta es negativa (ver figuras 1a y 1b).

a) b) Figura 1. Esquema que representa la dirección del campo debido a una a) carga puntal positiva y a una b) carga puntual negativa

De la misma manera que para las fuerzas, si se tiene un sistema de cargas distribuidas en el espacio, el campo eléctrico en un punto P puede calcularse a partir del principio de superposición, 퐸⃗ 푝=퐸⃗ 1+퐸⃗ 2+⋯ es decir, el campo eléctrico es la resultante de la suma vectorial de los campos eléctricos individuales.

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Cuando los campos eléctricos se deben a cargas no puntuales, el campo eléctrico se puede calcular imaginando la distribución de carga subdividida en muchos elementos de carga dq, cada a uno a diferentes distancias respecto al punto en el que se desea calcular el campo. El campo total se calcula de la expresión equivalente,

퐸⃗ =1/(4휋휖0) ∫ (푑푞/*푟2 )푒

Esta ecuación involucra tres ecuaciones escalares, una para cada componente. Para calcular la integral vectorial se debe calcular cada una de las tres integrales escalares:

퐸푥=∫푑퐸푥 , 퐸푦=∫푑퐸푦 , 퐸푧=∫푑퐸푧

Las componentes escalares se obtienen a partir de la geometría específica de la distribución de carga. También, existen excepciones en las que se siguen procedimientos matemáticos que simplifican la solución de casos particulares, como se mostrará en los ejemplos.

Líneas de Fuerzas

Faraday durante sus investigaciones consideró que el campo eléctrico por sus propiedades físicas podía ser representado mediante líneas imaginarias de fuerza, las cuales son radiales a las cargas eléctricas pero tangentes a la dirección del campo eléctrico para cualquier punto, de esta manera explicó la existencia de la fuerza de atracción o de repulsión cuando interactúan cuerpos electrizados.

De sus investigaciones, Faraday comprobó experimentalmente que las líneas de fuerza emergen o salen de las cargas eléctricas positivas, pero inciden o entran a las cargas eléctricas negativas, como resultado de sus estudios experimentales, en 1934 Faraday concluyó que las líneas de fuerza tienen las siguientes propiedades físicas:

Las líneas de fuerza del campo eléctrico salen de las cargas eléctricas positivas y entran a las cargas eléctricas negativas.

En cada punto del espacio solo pasa una línea de fuerza, pero si se cruzan dos o más, entonces deberá calcularse la línea de fuerza resultante a través de una suma vectorial.

La densidad de líneas de fuerza de campo eléctrico es proporcional a la intensidad de campo eléctrico a la que llamó Flujo Eléctrico.

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Intensidad de Campo Eléctrica:

La intensidad del campo eléctrico (E) representa la cuantificación o magnitud del campo eléctrico, y se define como la fuerza que experimenta una carga eléctrica de prueba positiva (q), colocada en un punto dentro del campo eléctrico.

La intensidad del campo eléctrico es una cantidad vectorial, porque resulta de dividir una cantidad vectorial que es la fuerza entre una cantidad escalar, que es la carga eléctrica.

Carga Eléctrica Puntual:

Es la consideración de concentración de toda la carga eléctrica de un cuerpo electrizado en un solo punto del propio cuerpo. Esta consideración solo se hace para efecto de estudio y de cálculos, porque en realidad la carga eléctrica se distribuye uniformemente en toda la superficie exterior del cuerpo.

Ley de Coulomb:

La Ley de Coulomb, que establece cómo es la fuerza entre dos cargas eléctricas puntuales, constituye el punto de partida de la Electrostática como ciencia cuantitativa.

Fue descubierta por Priestley en 1766, y redescubierta por Cavendish pocos años después, pero fue Coulomb en 1785 quien la sometió a ensayos experimentales directos.

La Ley de Coulomb dice que:

“La Fuerza electrostática entre dos cargas puntuales es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa y tiene la dirección de la línea que las une. La Fuerza es de repulsión si las cargas son de igual signo y de atracción si son de signo contrario.

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Trabajo Practico N° 1:

1) Leer detenidamente y obtener conceptualmente las definiciones de los temas enviados.

2) Definir conceptualmente a que llamamos campo eléctrico y sus ecuaciones.

3) Definir a que llamamos líneas de fuerza.

4) A que llamamos intensidad de campo eléctrico.