Fundamentos de los Campos Eléctricos y Magnéticos: Conceptos Esenciales

Fundamentos de los Campos Eléctricos y Magnéticos

El Campo Eléctrico

El campo eléctrico es un campo físico representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente, se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q experimenta los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

Naturaleza y Origen del Campo Eléctrico

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en un campo tensorial cuadridimensional, denominado campo electromagnético (F_μν).

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, solo consideraban las cargas eléctricas. Sin embargo, las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas, que también tienen en cuenta la variación del campo magnético.

Medición y Descubrimiento

Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo observable es su efecto sobre una carga colocada en su seno. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1832.

Unidades del Campo Eléctrico

La unidad del campo eléctrico en el Sistema Internacional (SI) es el newton por coulomb (N/C), el volt por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s^-3·A^-1.

El Campo Magnético

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , experimenta los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita por la siguiente igualdad:

Donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también denominado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto F, v como B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será:

Detección del Campo Magnético

La existencia de un campo magnético se pone de manifiesto gracias a la propiedad de orientar un magnetómetro (una laminilla de acero imantado que puede girar libremente) en el espacio. La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.