Explorando la Electrostática: Ley de Coulomb, Campo Eléctrico y Ley de Gauss
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Ley de Coulomb
La magnitud de la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales es directamente proporcional al producto de las cargas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
Las direcciones de las fuerzas que las dos cargas ejercen sobre la otra siempre son a lo largo de la recta que las une. Las dos fuerzas obedecen la tercera ley de Newton; siempre tienen la misma magnitud y dirección opuesta, aun cuando las cargas no tengan igual magnitud.
Campo Eléctrico
El campo eléctrico en cierto punto es igual a la fuerza eléctrica por unidad de carga que una carga experimenta en ese punto.
Líneas de Campo Eléctrico
Una línea de campo eléctrico es una recta o curva imaginaria trazada a través de una región del espacio. Las líneas de campo eléctrico muestran las direcciones de E en cada punto, y su espaciamiento da una idea general de la magnitud de E en cada punto.
Dipolos Eléctricos
Un dipolo eléctrico es un par de cargas puntuales de signos opuestos (una carga positiva q y una carga negativa –q) separadas por una distancia d.
Fórmula general de la Ley de Gauss
El flujo eléctrico total a través de una superficie cerrada es igual a la carga eléctrica total (neta) dentro de la superficie, dividida entre ε0.
Aplicaciones de la Ley de Gauss
La Ley de Gauss es válida para cualquier distribución de cargas y cualquier superficie cerrada. La Ley de Gauss se puede utilizar de dos maneras: si se conoce la distribución de la carga y si ésta tiene simetría suficiente que permita evaluar la integral en la Ley de Gauss, se puede obtener el campo. O, si se conoce el campo, es posible usar la Ley de Gauss para encontrar la distribución de carga, como las cargas en superficies conductoras.
En problemas prácticos, es frecuente encontrar situaciones en las que se desea conocer el campo eléctrico causado por una distribución de carga de un conductor. Estos cálculos se facilitan por el siguiente hecho notable: cuando en un conductor sólido se coloca un exceso de carga que se encuentra en reposo, se encuentra en su totalidad en la superficie, no en el interior del material.
Potencial Eléctrico
El potencial es la energía potencial por unidad de carga. Se define el potencial V en cualquier punto del campo eléctrico como la energía potencial U por unidad de carga asociada con una carga de prueba q0 en ese punto: V=U/q0