22 mayo, 2024

El campo eléctrico (región del espacio en la que interactúa la fuerza eléctrica) es un campo físico que se representa, mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

F = qE

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, solo 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.

La presencia de carga eléctrica en una región del espacio modifica las características de dicho espacio dando lugar a un campo eléctrico. Así, podemos considerar un campo eléctrico como una región del espacio cuyas propiedades han sido modificadas por la presencia de una carga eléctrica, de tal modo que al introducir en dicho campo eléctrico una nueva carga eléctrica, ésta experimentará una fuerza.

El campo eléctrico se representa matemáticamente mediante el vector campo eléctrico, definido como el cociente entre la fuerza eléctrica que experimenta una carga testigo y el valor de esa carga testigo.

La definición más intuitiva del campo eléctrico se la puede dar mediante la ley de Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en movimiento se requiere una definición más formal y completa, se requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción.

La definición de campo eléctrico es relativa y no absoluta, ya que observadores en movimiento relativo entre sí medirán campos eléctricos o partes eléctricas del campo electromagnético diferentes, por lo que el campo eléctrico medido dependerá del sistema de referencia escogido.

 

La definición más formal de campo eléctrico, válida también para cargas moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz, surge a partir de calcular la acción de una partícula cargada en movimiento a través de un campo electromagnético. Este campo forma parte de un único campo electromagnético

Matemáticamente un campo se describe mediante dos de sus propiedades, su divergencia y su rotacional. La ecuación que describe la divergencia del campo eléctrico se le conoce como ley de Gauss y la de su rotacional es la ley de Faraday.

Puesto que la carga eléctrica es la fuente del campo eléctrico, el campo eléctrico en cualquier punto del espacio se puede relacionar matemáticamente con las cargas presentes. El ejemplo más simple es el de una carga puntual aislada. Para las cargas puntuales múltiples, se necesita el vector suma de todos los campos de carga puntual. Si nos imaginamos una distribución continua de cargas, entonces se necesita el cálculo, y las cosas pueden llegar a ser muy complejas matemáticamente.

Una aproximación a la distribución de carga continua es la definición de flujo eléctrico y hacer uso de la ley de Gauss para relacionar el campo eléctrico en una superficie, con la carga total encerrada dentro de la superficie. Esto implica la integración del flujo sobre la superficie.

Otros enfoques consisten en relacionar las derivadas del campo eléctrico con la densidad de carga. Este enfoque se puede considerar que surge de una de las ecuaciones de Maxwell y consiste en una operación de cálculo vectorial llamada divergencia. La divergencia del campo eléctrico en un punto del espacio es igual a la densidad de carga dividido por la permitividad del espacio.

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