Conceptos Fundamentales de Electrostática: Campos, Potenciales y Materiales

Líneas de Campo Eléctrico: Propiedades Fundamentales

Las propiedades de las líneas de campo eléctrico se pueden resumir en:

• El vector campo eléctrico es tangente a las líneas de campo en cada punto.
• Las líneas de campo eléctrico son abiertas; salen siempre de las cargas positivas o del infinito y terminan en el infinito o en las cargas negativas.
• El número de líneas de campo que salen de una carga positiva o entran en una carga negativa es proporcional a dicha carga.
• La densidad de líneas de campo en un punto es proporcional al valor del campo eléctrico en dicho punto.
• Las líneas de campo no pueden cortarse. De lo contrario, en el punto de corte existirían dos vectores campo eléctrico distintos.
• A grandes distancias de un sistema de cargas, las líneas están igualmente espaciadas y son radiales, comportándose el sistema como una carga puntual.

Superficies Equipotenciales: Concepto y Características

Una superficie equipotencial es aquella donde el potencial eléctrico toma un valor constante. Las superficies equipotenciales creadas por cargas puntuales son esferas concéntricas centradas en la carga.

Cuando una carga se mueve en una superficie equipotencial, la fuerza electrostática no realiza trabajo, puesto que la variación de potencial (ΔV) es nula.

Para que el trabajo realizado por una fuerza sea nulo, esta debe ser perpendicular al desplazamiento; por lo tanto, el campo eléctrico es siempre perpendicular a las superficies equipotenciales.

Las propiedades de las superficies equipotenciales se pueden resumir en:

• Las líneas de campo eléctrico son, en cada punto, perpendiculares a las superficies equipotenciales y se dirigen hacia donde el potencial disminuye.
• El trabajo para desplazar una carga entre dos puntos de una misma superficie equipotencial es nulo.
• Dos superficies equipotenciales no se pueden cortar.

Conductores en Equilibrio Electrostático: Propiedades Clave

Las propiedades de los conductores en equilibrio electrostático son fundamentales para entender su comportamiento:

• El campo eléctrico en su interior es nulo.
• La carga eléctrica se distribuye sobre la superficie, concentrándose en las zonas de menor curvatura.
• La superficie del conductor es una superficie equipotencial.
• El campo eléctrico en la superficie está dirigido hacia afuera y es perpendicular a la superficie.

Dieléctricos: Interacción con Campos Eléctricos

Recordando que las moléculas que forman la materia pueden ser no polares o polares, podemos clasificar los materiales en:

• Materiales formados por átomos o moléculas no polares, o sea, sin momentos dipolares eléctricos permanentes.
• Materiales con moléculas polares, es decir, con momentos dipolares eléctricos permanentes.

Bajo la influencia de un campo eléctrico externo (E₀), los materiales formados por moléculas con dipolos eléctricos permanentes (polares) tienden a orientarse en la dirección del campo eléctrico. Por otro lado, los materiales formados por átomos o moléculas no polares adquieren momentos dipolares eléctricos inducidos, también orientados en la dirección del campo eléctrico.

En ambos casos, la orientación de los momentos dipolares eléctricos está limitada por la agitación térmica: a mayor temperatura, menor orientación.

Como consecuencia de estos efectos, una porción del material, o el material completo, colocado en un campo eléctrico E₀ se polariza. Es decir, sus moléculas o átomos se convierten en dipolos eléctricos orientados en la dirección del campo eléctrico.