Fundamentos de Electromagnetismo: Potencial, Flujo, Gauss y Comparativa Gravitatoria

Conceptos Fundamentales de Electromagnetismo

Superficie Equipotencial

Lugar geométrico de los puntos que tienen el mismo potencial eléctrico. Al trasladar una carga en una superficie equipotencial, la diferencia de energía potencial es cero; por lo tanto, el trabajo realizado es cero.

Energía Potencial Eléctrica

La energía potencial eléctrica entre dos cargas, q₁ y q₂, separadas una distancia r, se define como el trabajo realizado por las fuerzas del campo para traer una de las cargas desde el infinito hasta una distancia r de la otra.

Flujo de Líneas de Campo Eléctrico

El flujo de líneas de campo (o líneas de fuerza) a través de una superficie se entiende como el número de líneas de campo que atraviesan dicha superficie. Se representa comúnmente por Φ (letra griega 'phi').

El flujo depende de tres factores:

• Es proporcional a la intensidad del campo eléctrico (E).
• Es proporcional al área de la superficie (S).
• Depende del ángulo que forman las líneas del campo con la normal a la superficie.

Teorema de Gauss

Según el Teorema de Gauss, el flujo eléctrico neto que atraviesa cualquier superficie cerrada es igual a la suma algebraica de las cargas eléctricas encerradas en su interior, dividida por la permitividad del vacío (ε₀).

Analogías y Diferencias entre Campo Gravitatorio y Eléctrico

A continuación, se presentan las principales similitudes y distinciones entre el campo gravitatorio y el campo eléctrico, dos de las interacciones fundamentales de la naturaleza.

Analogías

• Tipo de fuerza: Tanto el campo gravitatorio como el eléctrico son generados por fuerzas centrales, que se dirigen hacia o desde el punto donde se localiza la masa o carga que los origina.
• Tipo de campo: Ambos son campos conservativos, ya que la fuerza central solo depende de la distancia. La fuerza que los define es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
• Líneas de campo: Son líneas abiertas, nacen y terminan en puntos distintos, y son siempre perpendiculares a las superficies equipotenciales.

Diferencias

• Magnitud característica: En el campo gravitatorio, la magnitud característica es la masa (m); en el campo eléctrico, es la carga (q).
• Cuerpos a los que afecta: El campo gravitatorio es universal, afectando a todos los cuerpos con masa. El campo eléctrico solo existe en cuerpos cargados eléctricamente.
• Tipo de campo: El campo gravitatorio es siempre atractivo. El campo eléctrico puede ser de atracción o repulsión.
• Constante: La constante gravitacional G es una constante universal. La constante electrostática k (o 1/(4πε₀)) depende del medio.
• Movimiento: Cualquier masa, en movimiento o en reposo, crea un campo gravitatorio. Cualquier carga en movimiento crea un campo eléctrico y, además, un campo magnético.
• Interacción: La interacción gravitatoria es débil, perceptible solo para grandes masas. La interacción eléctrica es fuerte, perceptible incluso en cargas muy pequeñas.