campo eléctrico y propiedades eléctricas de la materia - Novella

“libro_ffi” — 2008/8/5 — 9:06 — page 18 — #34
18 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA
aplicación de la ley de Coulomb conduce a:
FiP = ke QPQi
d 2 iP
uiP =
= ke −5 · 10−6 · ±20 · 10 −6
2 2
= ±2,25 uiP N
uiP =
Obteniéndose que los módulos de las cuatro
fuerzas son iguales, pero sus direcciones
y sentidos dependen del signo de la carga
Qi y del vector director uiP . Por tanto, si
1.5. Campo eléctrico
se observa que uBP = −uAP = î y que
uBP = −uAP = î, resulta que la fuerza que
ejercen las cuatro cargas sobre QP es:
FP = FAP + FBP + FCP + FDP =
= 0,035(î + ˆj) N
Finalmente, si las cuatro cargas tuviesen el
mismo signo (positivo o negativo) resultaría
que la fuerza resultante sobre QP sería nula,
independientemente del signo de esta última.
El concepto de campo es una abstracción que facilita el estudio de todo aquello que sea
sensible a dicho campo. Una forma sencilla de comprender el campo eléctrico es analizar la
analogía existente entre las fuerzas de Coulomb y la fuerza de la gravedad, medible sobre la
superficie de nuestro planeta. A todo el mundo le parecerá evidente que el peso de diversas
cantidades de fruta que intentemos comprar en una frutería sólo dependerá de la masa de
la fruta que se ponga sobre la báscula. Pues bien, esto es así porque damos por hecho
que existe un campo gravitatorio terrestre que es constante en toda la superficie terrestre.
Realmente, este campo depende de la masa terrestre y, si se supone constante, dará lugar a
que sobre cualquier masa m que se sitúe en su superficie aparezca una aceleración gravitatoria
constante, g, produciendo sobre esa masa una fuerza F que, según la segunda ley de Newton,
es F = mg.
En el caso de las fuerzas electrostáticas, podemos intentar realizar algo análogo asociando
a una o varias cargas un campo eléctrico, de tal forma que, al situar en él una carga
determinada, podremos calcular la fuerza que soporta la nueva carga de forma inmediata
mediante una simple multiplicación. Si denotamos por E al campo eléctrico producido por
un conjunto de cargas, la fuerza de Coulomb que se produce sobre una carga q expuesta a
dicho campo será igual a q E, es decir:
F = q E ⇒ E = F
q
(1.8)
Resulta evidente que con este enfoque, el cálculo del campo eléctrico equivale a calcular la
fuerza que se ejerce sobre una “carga de prueba” positiva de 1 C que se sitúa sobre un punto
en el que se desea conocer el campo.
A partir de la expresión (1.8) se deduce que la unidad del campo eléctrico es el newton por
culombio, N/C. Al módulo del campo eléctrico, E, se le denomina intensidad del campo
eléctrico.
La expresión matemática para el campo eléctrico creado por una única carga Qi situada
en un punto de vector director ri es similar a (1.5), pero teniendo en cuenta que el vector