Conceptos Fundamentales de Electrostática: Cargas, Campos y Potencial

Conceptos Fundamentales de Electrostática

Cargas y Campos Eléctricos

• Carga de prueba: Es una carga, considerada siempre positiva, que puede ser trasladada de un punto a otro para poner de manifiesto la existencia de un campo eléctrico.
• Campo eléctrico: Es una región alrededor de una carga eléctrica donde se manifiestan fuerzas de atracción y de repulsión.
• Intensidad del campo eléctrico: En un punto, es una magnitud vectorial que se mide por el cociente entre la fuerza aplicada y el valor de la carga q_o colocada en este.
• Línea de campo eléctrico: Es una línea imaginaria que seguiría una carga de prueba o carga testigo que se abandonase libremente ante la influencia de un campo eléctrico.
• Campo eléctrico uniforme: Es aquel que tiene el mismo módulo, sentido y dirección en todos sus puntos. En este caso, las líneas del campo son paralelas y equidistantes.
• Flujo de campo eléctrico: Es el número total de líneas de campo eléctrico que atraviesa una superficie cerrada o abierta situada en un campo eléctrico.

Ley de Gauss y Aplicaciones

• Superficie Gaussiana: Es una superficie esférica imaginaria de radio R que tiene en su centro una carga puntiforme.
• Enunciado de la ley de Gauss: El flujo de campo eléctrico a través de una superficie cerrada de forma cualquiera, llamada superficie gaussiana, en cuyo interior se encuentra la carga q, es igual al cociente entre la carga q y la constante de permisibilidad eléctrica.
• Aplicación 1: Distribución de cargas en la superficie de un conductor cargado: Si un conductor electrizado está en equilibrio electrostático, las cargas se hallarán distribuidas en su superficie y el campo eléctrico será nulo en todos sus puntos internos.
• Distribución de la carga de un conductor cargado: El campo eléctrico creado por una esfera cargada en puntos fuera de ella, es igual al que produciría si toda la carga estuviese concentrada en su centro.
• Densidad eléctrica superficial: Es la cantidad de carga por unidad de área.

Energía y Potencial Eléctrico

• Energía: Capacidad de realizar un trabajo.
• Energía potencial eléctrica: Del sistema formado por una carga fuerte puntual q y una carga de prueba q_o situada a la distancia r de q, es la magnitud que se mide por el trabajo que debe realizar un agente externo para desplazar la carga de prueba con rapidez constante desde una distancia infinita hasta la distancia r de q.
• Energía potencial electrostática: De un sistema de cargas puntuales es el trabajo necesario para trasladar las cargas desde una separación infinita hasta sus posiciones finales.
• Potencial eléctrico: Es el trabajo necesario realizado contra las fuerzas eléctricas para transportar la unidad de carga positiva desde fuera del campo hasta dicho punto.
• Voltio: Es el potencial eléctrico en un punto de un campo eléctrico en el que, al colocar la carga de un coulomb, adquiere la energía potencial de un joule.
• Diferencia de potencial entre dos puntos A y B: Es una magnitud que se mide por el cociente entre el trabajo W_AB que debe realizar un agente externo para desplazar con rapidez constante entre dichos puntos una carga de prueba q_o y el valor de la carga.
• Superficie equipotencial: Es aquella en la cual el potencial eléctrico es igual en todos sus puntos, por lo que el trabajo realizado para trasladar una carga de un punto a otro de su superficie es nulo.

Capacitancia y Condensadores

• Capacidad de un conductor cargado o aislado: Es la magnitud que se mide por el cociente entre su carga y su potencial eléctrico.
• Un faraday: Es la capacidad o capacitancia de un conductor aislado cuya carga es un coulomb y su diferencia de potencial es un voltio.
• Un condensador: Es un dispositivo constituido por dos conductores cargados y aislados con cargas de la misma magnitud pero de signo contrario, muy próximos, cuya función es almacenar gran cantidad de carga eléctrica y, por consiguiente, gran cantidad de energía con poco potencial eléctrico.
• Asociación de condensadores: Dos conductores pueden asociarse, conectarse o combinarse para formar uno solo que tenga capacidad equivalente a ellos.
• Serie o cascada: Dos o más condensadores están conectados en serie o cascada cuando la armadura positiva de cada condensador está conectada a la armadura negativa del siguiente. La carga de la asociación es igual a la carga de cada condensador. La diferencia de potencial es igual a la suma de las diferencias de potencial entre las armaduras de cada condensador. El inverso de la capacidad equivalente es igual a la suma de los inversos de las capacidades de cada condensador.
• Paralelo o derivación
• Mixto