Ley de Coulomb y Fundamentos del Campo Eléctrico: Cargas Puntuales

1. Ley de Coulomb

Dos cuerpos con cargas eléctricas de valor q1 y q2 se atraen o repelen mutuamente con una fuerza (F) directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (r) que los separa.

Matemáticamente se expresa como:

F = k · q1 · q2 / r²

Donde k es la constante de Coulomb.

Características de las Fuerzas Eléctricas:

• La dirección del vector fuerza es la de la recta que une las dos cargas.
• Las fuerzas son atractivas si las cargas son de signo contrario, mientras que son repulsivas si las cargas son del mismo signo.
• Son fuerzas a distancia. No es preciso que exista ningún medio material entre las cargas para que dichas fuerzas actúen.
• Cumplen el principio de acción y reacción (Tercera Ley de Newton): siempre se presentan a pares, tienen igual módulo y dirección, pero sentidos contrarios.

2. Campo Eléctrico e Intensidad

Definición de Campo Eléctrico

Llamamos campo eléctrico a la perturbación que una carga eléctrica produce en el espacio que la rodea. Esta perturbación se manifiesta por la aparición de una fuerza eléctrica sobre cualquier otra carga (denominada carga de prueba) situada en dicho espacio.

Intensidad del Campo Eléctrico (E)

El campo eléctrico se describe mediante una magnitud vectorial denominada intensidad del campo eléctrico, representada por E. Este vector se define en cada punto del espacio como la fuerza eléctrica (F) que actuaría sobre la unidad de carga positiva (q₀) si se colocase en ese punto.

E = F / q₀

Campo Eléctrico Creado por una Carga Puntual (q)

Teniendo en cuenta la expresión de la fuerza eléctrica (Ley de Coulomb), podemos obtener la intensidad del campo eléctrico creado por una carga fuente puntual q en un punto P situado a una distancia r:

E = k · q / r²

La dirección del vector E es radial (en la línea que une la carga q con el punto P) y su sentido depende del signo de la carga q:

• Si q es positiva, E apunta hacia afuera de la carga.
• Si q es negativa, E apunta hacia la carga.

Representación del Campo Eléctrico: Líneas de Campo

Para visualizar el campo eléctrico creado por una carga o una distribución de cargas, se utilizan las líneas de campo (también llamadas líneas de fuerza). Estas son líneas imaginarias que cumplen las siguientes propiedades:

• El vector campo eléctrico E es tangente a la línea de campo en cada punto.
• Las líneas de campo nunca se cruzan.
• Salen de las cargas positivas y entran en las cargas negativas.
• La densidad de líneas (cuán juntas están) en una región es proporcional a la intensidad del campo eléctrico en esa región. A mayor densidad, mayor intensidad del campo.

Para una carga puntual, las líneas de campo son radiales:

• Si la carga es positiva, las líneas son radiales y apuntan hacia afuera (campo de repulsión para una carga de prueba positiva).
• Si la carga es negativa, las líneas son radiales y apuntan hacia la carga (campo de atracción para una carga de prueba positiva).

El campo tiene simetría esférica y su intensidad disminuye al alejarse de la carga (las líneas se separan).