campo eléctrico y propiedades eléctricas de la materia - Novella

“libro_ffi” — 2008/8/5 — 9:06 — page 20 — #36
20 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA
cantidad de carga superior a ésta debe ser múltiplo entero de la carga de un electrón, y por
este motivo se dice que la carga eléctrica está cuantizada. En el Sistema Internacional de
unidades, la unidad de medida de carga eléctrica es el culombio (C), siendo la carga de un
electrón igual a −1,60 · 10 −19 C, o lo que es lo mismo, son necesarios 6,24 · 10 18 electrones
para tener una carga negativa de un culombio. Un protón tiene la misma cantidad de carga,
pero con signo positivo, aunque el principal protagonista de la electrización es el electrón
debido a que es el que puede desplazarse con mayor o menor facilidad desde unos átomos a
otros. Por tanto, la electrización con carga positiva se debe a la pérdida de electrones.
En general, la carga eléctrica no se encuentra concentrada en un punto, sino que suele
encontrarse distribuida por los objetos electrizados de forma homogénea o no. Según las
dimensiones del objeto por el que se distribuye una cierta cantidad de carga, pueden distinguirse
tres casos extremos: la distribución lineal de carga, la distribución superficial de carga
y la distribución volumétrica de carga.
1. Si una cantidad de carga eléctrica Q está distribuida por un cuerpo lineal de anchura
despreciable y de longitud L (como puede verse en la Figura 1.10), entonces hablaremos
de densidad longitudinal de carga λ, cuyo valor será, para el caso de que la carga esté
uniformemente distribuida por dicha longitud:
y su unidad de medida es el Cm −1 .
λ = Q
L
2. Si una cantidad de carga eléctrica Q está distribuida por toda la superficie S de un
cuerpo (como puede verse en la Figura 1.11), entonces hablaremos de densidad superficial
de carga σ, cuyo valor será, para el caso de que la carga esté uniformemente
distribuida por dicha superficie:
σ = Q
S
utilizándose como unidad de medida el Cm −2 .
3. Si una cantidad de carga eléctrica Q está distribuida por todo un volumen V de un
cuerpo, entonces hablaremos de densidad volumétrica de carga ρ, cuyo valor será, para
el caso de que la carga esté uniformemente distribuida por dicho volumen:
ρ = Q
V
siendo ahora su unidad de medida el Cm −3 .
Campo eléctrico debido a distribuciones de carga
El campo eléctrico para una distribución uniforme de carga en un volumen V es:
EP = k
V
ρ
rρ
dV
|rP − rρ| 3 (1.11)
donde la integral representa la suma de las pequeñas contribuciones al campo de cada uno
de los elementos de volumen dV que están cargados con una carga ρ, y rρ es el vector de
posición de dicho elemento cargado.