FISICA II: CAMPO ELÉCTRICO

El campo eléctrico es un campo físico que es 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 $q$ sufre los efectos de una fuerza eléctrica $\vec F$ dada por la siguiente ecuación:

(1) $\vec F = q \vec E$

En los modelos relativistas actuales, el campo eléctrico se incorpora, junto con el campo magnético, en campo tensorial cuadridimensional, denominado campo electromagnético F^μν.²
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, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.
Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino que lo que es observable es su efecto sobre alguna 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.
La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m) o, en unidades básicas, kg·m·s⁻³·A⁻¹ y la ecuación dimensional es MLT^-3I^-1.

El campo eléctrico es una perturbación que modifica el espacio que lo rodea, dicho campo puede provenir, por ejemplo, de una carga eléctrica puntual. Se considera un ente físico no visible, pero si medible, y se lo modeliza matemáticamente como el vector campo eléctrico, que se define como la relación entre la Fuerza Coulombiana que experimenta una carga testigo y el valor de la carga testigo (una carga testigo positiva). La definición más intuitiva del campo eléctrico se la puede dar mediante la ley de Coulomb. Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo. Sin embargo, para cargas en movimiento se requiere una definición más formal y completa, se requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción.

Existen dos leyes mediante las cuales se describe el funcionamiento la de LEY DE COULOMB , la LEY DE GAUUS & la LEY DE FARADAY.

Ley de Gauss

Artículo principal: Ley de Gauss.

Para conocer una de las propiedades del campo eléctrico se estudia que ocurre con el flujo de éste al atravesar una superficie. El flujo de un campo $\Phi$ se lo obtiene de la siguiente manera:

(8) $\Phi_E = \int_a^b \vec E \cdot d\vec a$

donde $d \vec a$ es el diferencial de área en dirección normal a la superficie. Aplicando la ecuación (7) en (8) y analizando el flujo a través de una superficie cerrada se encuentra que:

(9) $\oint_S \vec E \cdot d\vec a = \frac{1}{\epsilon_0} Q_{enc}$

donde $Q_{enc}$ es la carga encerrada en esa superficie. La ecuación (9) es conocida como la ley integral de Gauss y su forma derivada es:

(10) $\vec\nabla \cdot \vec E = \frac{\rho}{\epsilon_0}$

donde $\rho$ es la densidad volumétrica de carga. Esto indica que el campo eléctrico diverge hacia una distribución de carga; en otras palabras, que el campo eléctrico comienza en una carga y termina en otra.
Esta idea puede ser visualizada mediante el concepto de líneas de campo. Si se tiene una carga en un punto, el campo eléctrico estaría dirigido hacia la otra carga.

Ley de Faraday

Artículo principal: Ley de Faraday.

En 1801, Michael Faraday realizó una serie de experimentos que lo llevaron a determinar que los cambios temporales en el campo magnético inducen un campo eléctrico. Esto se conoce como la ley de Faraday. La fuerza electromotriz, definida como el rotacional a través de un diferencial de línea está determinado por: