El Campo Eléctrico
Estudiante: Christian Fernández Avendaño Docente: Raúl Cortés Maldonado
Empezar
Campo eléctrico
índice
Campo eléctrico de una distribución de carga continua
Campo eléctrico debido a una barra con carga
Campo eléctrico de un anillo de carga uniforme
Campo Eléctrico de un disco de carga uniforme
Líneas de campo eléctrico
Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme
¿Qué es Campo Eléctrico?
Una carga eléctrica se encuentra siempre rodeada por un campo eléctrico, el cual es invisible, pero su fuerza ejerce acciones sobre los cuerpos cargados y por ello es fácil detectar su presencia, así como medir su intensidad.
Donde:
E= Intensidad de el campo eléctrico N/C
F= Fuerza en N
q= Carga eléctrica en C
k= constante de proporcionalidad = 9 x 10^9 𝑁𝑚^2/𝐶^2
- Los vectores de mayor tamaño están contiguos a la carga.
- El tamaño de los vectores va disminuyendo al aumentar la distancia.
- El campo tiene una dependencia inversa al cuadrado de la distancia
JAULA DE FARADAY
Afirma que un espacio cerrado cubierto de metal o de una malla metálica no recibe influencia de campos eléctricos externos, ya que dentro de este espacio conductor el campo eléctrico es nulo. La carga se distribuye únicamente por el exterior.
Ejemplos de Jaulas de Faraday en la vida cotidiana
Automovíl
Microondas
Ascensores
Cuando cae un rayo en un coche, la energía eléctrica circulará por la superficie al igual que ocurre con los aviones, de manera que, si nos encontramos en el interior con las ventanillas subidas, no nos ocurrirá nada.
Las paredes del microondas, de material metálico, van a contener el campo generado en el interior e impedirán que se produzca la exposición de dicho campo en el exterior del electrodoméstico.
Estos están habitualmente fabricados en metal formando una caja que sella el interior de las ondas electromagnéticas exteriores, fenómeno que explica que en muchas ocasiones no podamos hablar por teléfono en el interior.
Campo eléctrico de una distribución de carga continua
El campo eléctrico es una región en la que una carga experimenta una fuerza eléctrica. Cuando las cargas están distribuidas de manera continua a lo largo de una línea, superficie o volumen, se habla de una distribución de carga continua.
Dependiendo de la forma y dimensiones del objeto que crea el campo eléctrico se pueden definir tres densidades de carga diferentes:
Ejemplo
Campo eléctrico debido a una barra con carga
Fórmula para una barra con longitud
𝐿 y densidad lineal de carga
𝜆
El campo eléctrico producido por una barra con carga uniforme depende de la longitud de la barra, su distribución de carga y la posición del punto donde se mide el campo.
Ejemplo
Campo eléctrico de un anillo de carga uniforme
Un anillo de radio 𝑅 con una carga total 𝑄 genera un campo eléctrico a lo largo del eje que pasa por su centro.
- Q: Carga total distribuida uniformemente a lo largo del anillo.
- R: Radio del anillo de carga.
- z: Distancia desde el centro del anillo al punto donde se calcula el campo.
- ϵ0 es la permitividad del vacío
- El campo es máximo a cierta distancia del anillo y decrece cuando se aleja.
Aplicación
Ejemplo
Escribe un subtítulo aquí
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Campo Eléctrico de un disco de carga uniforme
Un disco cargado con densidad superficial de carga 𝜎 genera un campo eléctrico en un punto a lo largo de su eje central.
Para calcular el campo eléctrico de un disco, podemos aplicar el principio de superposición, el cual nos dice que el campo eléctrico total es la suma de los campos eléctricos producidos por cada pedazo de carga. Así, descomponemos el disco en anillos infinitesimales concéntricos. Cada anillo tiene un radio r, un grosor infinitesimal dr, y una carga dq proporcional al área del anillo y a la densidad superficial de carga σ (carga por unidad de área):
Cada anillo se comporta como una distribución de carga circular y se puede demostrar que el campo eléctrico que genera a lo largo de su eje central es perpendicular al plano del anillo. Para un punto situado a una distancia x desde el centro del anillo hasta el punto sobre su eje, el campo eléctrico dE debido a la carga dq está dado por:
Integración para Obtener el Campo Total
Para obtener la contribución de cada anillo al campo total, debemos realizar una integral sobre todos los anillos que componen el disco, esto es, integrar la expresión de dE desde r=0 hasta r=R:
Simplificar
Resolviendo esta integral, podemos hallar el campo eléctrico E en función de las distancias al centro del disco y del radio total del disco R.
Ejemplo
Líneas de campo eléctrico
Las líneas de campo eléctrico muestran la dirección y la intensidad del campo. Las líneas apuntan en la dirección que una carga positiva experimentaría la fuerza.
Atracción y Repulsión de Líneas de Campo Eléctrico
Las líneas de campo eléctrico siempre se alejan de una carga positiva y se dirigen hacia un punto negativo. De hecho, los campos eléctricos se originan en una carga positiva y terminan en una carga negativa.
las líneas de campo son una excelente forma de visualizar los campos eléctricos. Casi se puede sentir la atracción entre cargas distintas y la repulsión entre cargas iguales, como si intentaran alejarse la una de la otra.
Propiedades
- Las líneas de campo nunca se cruzan entre sí.
- Las líneas de campo son perpendiculares a la superficie de la carga.
- La magnitud de la carga y el número de líneas de campo son proporcionales entre sí.
- El punto de inicio de las líneas de campo está en la carga positiva y termina en la carga negativa.
- Para que las líneas de campo comiencen o terminen en el infinito, debe utilizarse una sola carga.
Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme.
Cuando una partícula cargada eléctricamente entra en un campo eléctrico uniforme y su velocidad inicial tiene la misma dirección que el campo, actúa una fuerza eléctrica sobre ella con la misma dirección y por tanto la partícula acelera.
Tener en cuenta que el sentido de la fuerza eléctrica depende del signo de la carga. Si la carga es negativa, el sentido de la fuerza eléctrica es opuesto al sentido del campo eléctrico.
la partícula no se mueve en la dirección perpendicular al campo, pero en la dirección del campo tenemos un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), cuya ecuación es:
Movimiento de partículas que inciden perpendicularmente al campo eléctrico uniforme
Cuando una carga puntual entra en un campo eléctrico uniforme y su velocidad inicial es perpendicular a la dirección del campo, actúa una fuerza eléctrico a sobre ella perpendicular a su dirección de movimiento.
la partícula tiene un movimiento rectilíneo uniforme (MRU) en la dirección perpendicular al campo eléctrico, mientras que describe un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) en la dirección del campo eléctrico.
Ejemplo
referencias
Bismarks, J. L. (2023, septiembre 22). Líneas de Campo Eléctrico. Electrónica Online. https://electronicaonline.net/electricidad/lineas-de-campo-electrico/
Campo eléctrico creado por una distribución continua de carga. (s/f). Youphysics.education. Recuperado el 29 de septiembre de 2024, de https://www.youphysics.education/es/campo-electrico-dcontinua/
Campo y potencial eléctrico de una distribución continua de carga. (s/f). Ehu.es. Recuperado el 30 de septiembre de 2024, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/electrico/campo_1/campo_1.html
Cruzito. (2020, noviembre 4). Campo eléctrico: distribuciones de carga discretas y continuas. Estudyando. https://estudyando.com/campo-electrico-distribuciones-de-carga-discretas-y-continuas/
Ingenierizando. (2024a, enero 11). Líneas de campo eléctrico. Ingenierizando. https://www.ingenierizando.com/electronica/lineas-de-campo-electrico/
Ingenierizando. (2024, enero 25). Campo eléctrico uniforme. Ingenierizando. https://www.ingenierizando.com/electronica/campo-electrico-uniforme/
Por, M. (2024a, marzo 21). Campo Eléctrico de un Anillo de Carga. Electricity - Magnetism. https://www.electricity-magnetism.org/es/campo-electrico-de-un-anillo-de-carga/
Por, M. (2024b, marzo 21). Campo Eléctrico de un Disco Cargado. Electricity - Magnetism. https://www.electricity-magnetism.org/es/campo-electrico-de-un-disco-cargado/
Fernández, J. L. (s/f). Líneas de Campo Eléctrico. Fisicalab.com. Recuperado el 30 de septiembre de 2024, de https://www.fisicalab.com/apartado/lineas-de-fuerza
Movimiento de una partícula cargada en un campo eléctrico y en un campo magnético. (s/f). Ehu.es. Recuperado el 30 de septiembre de 2024, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/magnetico/movimiento/movimiento.html
¡Gracias!
El campo eléctrico
Christian Fernández Avendaño
Created on September 29, 2024
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El Campo Eléctrico
Estudiante: Christian Fernández Avendaño Docente: Raúl Cortés Maldonado
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Campo eléctrico
índice
Campo eléctrico de una distribución de carga continua
Campo eléctrico debido a una barra con carga
Campo eléctrico de un anillo de carga uniforme
Campo Eléctrico de un disco de carga uniforme
Líneas de campo eléctrico
Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme
¿Qué es Campo Eléctrico?
Una carga eléctrica se encuentra siempre rodeada por un campo eléctrico, el cual es invisible, pero su fuerza ejerce acciones sobre los cuerpos cargados y por ello es fácil detectar su presencia, así como medir su intensidad.
Donde: E= Intensidad de el campo eléctrico N/C F= Fuerza en N q= Carga eléctrica en C k= constante de proporcionalidad = 9 x 10^9 𝑁𝑚^2/𝐶^2
JAULA DE FARADAY
Afirma que un espacio cerrado cubierto de metal o de una malla metálica no recibe influencia de campos eléctricos externos, ya que dentro de este espacio conductor el campo eléctrico es nulo. La carga se distribuye únicamente por el exterior.
Ejemplos de Jaulas de Faraday en la vida cotidiana
Automovíl
Microondas
Ascensores
Cuando cae un rayo en un coche, la energía eléctrica circulará por la superficie al igual que ocurre con los aviones, de manera que, si nos encontramos en el interior con las ventanillas subidas, no nos ocurrirá nada.
Las paredes del microondas, de material metálico, van a contener el campo generado en el interior e impedirán que se produzca la exposición de dicho campo en el exterior del electrodoméstico.
Estos están habitualmente fabricados en metal formando una caja que sella el interior de las ondas electromagnéticas exteriores, fenómeno que explica que en muchas ocasiones no podamos hablar por teléfono en el interior.
Campo eléctrico de una distribución de carga continua
El campo eléctrico es una región en la que una carga experimenta una fuerza eléctrica. Cuando las cargas están distribuidas de manera continua a lo largo de una línea, superficie o volumen, se habla de una distribución de carga continua.
Dependiendo de la forma y dimensiones del objeto que crea el campo eléctrico se pueden definir tres densidades de carga diferentes:
Ejemplo
Campo eléctrico debido a una barra con carga
Fórmula para una barra con longitud 𝐿 y densidad lineal de carga 𝜆
El campo eléctrico producido por una barra con carga uniforme depende de la longitud de la barra, su distribución de carga y la posición del punto donde se mide el campo.
Ejemplo
Campo eléctrico de un anillo de carga uniforme
Un anillo de radio 𝑅 con una carga total 𝑄 genera un campo eléctrico a lo largo del eje que pasa por su centro.
Aplicación
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Campo Eléctrico de un disco de carga uniforme
Un disco cargado con densidad superficial de carga 𝜎 genera un campo eléctrico en un punto a lo largo de su eje central.
Para calcular el campo eléctrico de un disco, podemos aplicar el principio de superposición, el cual nos dice que el campo eléctrico total es la suma de los campos eléctricos producidos por cada pedazo de carga. Así, descomponemos el disco en anillos infinitesimales concéntricos. Cada anillo tiene un radio r, un grosor infinitesimal dr, y una carga dq proporcional al área del anillo y a la densidad superficial de carga σ (carga por unidad de área):
Cada anillo se comporta como una distribución de carga circular y se puede demostrar que el campo eléctrico que genera a lo largo de su eje central es perpendicular al plano del anillo. Para un punto situado a una distancia x desde el centro del anillo hasta el punto sobre su eje, el campo eléctrico dE debido a la carga dq está dado por:
Integración para Obtener el Campo Total
Para obtener la contribución de cada anillo al campo total, debemos realizar una integral sobre todos los anillos que componen el disco, esto es, integrar la expresión de dE desde r=0 hasta r=R:
Simplificar
Resolviendo esta integral, podemos hallar el campo eléctrico E en función de las distancias al centro del disco y del radio total del disco R.
Ejemplo
Líneas de campo eléctrico
Las líneas de campo eléctrico muestran la dirección y la intensidad del campo. Las líneas apuntan en la dirección que una carga positiva experimentaría la fuerza.
Atracción y Repulsión de Líneas de Campo Eléctrico
Las líneas de campo eléctrico siempre se alejan de una carga positiva y se dirigen hacia un punto negativo. De hecho, los campos eléctricos se originan en una carga positiva y terminan en una carga negativa.
las líneas de campo son una excelente forma de visualizar los campos eléctricos. Casi se puede sentir la atracción entre cargas distintas y la repulsión entre cargas iguales, como si intentaran alejarse la una de la otra.
Propiedades
Movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico uniforme.
Cuando una partícula cargada eléctricamente entra en un campo eléctrico uniforme y su velocidad inicial tiene la misma dirección que el campo, actúa una fuerza eléctrica sobre ella con la misma dirección y por tanto la partícula acelera.
Tener en cuenta que el sentido de la fuerza eléctrica depende del signo de la carga. Si la carga es negativa, el sentido de la fuerza eléctrica es opuesto al sentido del campo eléctrico.
la partícula no se mueve en la dirección perpendicular al campo, pero en la dirección del campo tenemos un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), cuya ecuación es:
Movimiento de partículas que inciden perpendicularmente al campo eléctrico uniforme
Cuando una carga puntual entra en un campo eléctrico uniforme y su velocidad inicial es perpendicular a la dirección del campo, actúa una fuerza eléctrico a sobre ella perpendicular a su dirección de movimiento.
la partícula tiene un movimiento rectilíneo uniforme (MRU) en la dirección perpendicular al campo eléctrico, mientras que describe un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) en la dirección del campo eléctrico.
Ejemplo
referencias
Bismarks, J. L. (2023, septiembre 22). Líneas de Campo Eléctrico. Electrónica Online. https://electronicaonline.net/electricidad/lineas-de-campo-electrico/ Campo eléctrico creado por una distribución continua de carga. (s/f). Youphysics.education. Recuperado el 29 de septiembre de 2024, de https://www.youphysics.education/es/campo-electrico-dcontinua/ Campo y potencial eléctrico de una distribución continua de carga. (s/f). Ehu.es. Recuperado el 30 de septiembre de 2024, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/electrico/campo_1/campo_1.html Cruzito. (2020, noviembre 4). Campo eléctrico: distribuciones de carga discretas y continuas. Estudyando. https://estudyando.com/campo-electrico-distribuciones-de-carga-discretas-y-continuas/ Ingenierizando. (2024a, enero 11). Líneas de campo eléctrico. Ingenierizando. https://www.ingenierizando.com/electronica/lineas-de-campo-electrico/ Ingenierizando. (2024, enero 25). Campo eléctrico uniforme. Ingenierizando. https://www.ingenierizando.com/electronica/campo-electrico-uniforme/ Por, M. (2024a, marzo 21). Campo Eléctrico de un Anillo de Carga. Electricity - Magnetism. https://www.electricity-magnetism.org/es/campo-electrico-de-un-anillo-de-carga/ Por, M. (2024b, marzo 21). Campo Eléctrico de un Disco Cargado. Electricity - Magnetism. https://www.electricity-magnetism.org/es/campo-electrico-de-un-disco-cargado/ Fernández, J. L. (s/f). Líneas de Campo Eléctrico. Fisicalab.com. Recuperado el 30 de septiembre de 2024, de https://www.fisicalab.com/apartado/lineas-de-fuerza Movimiento de una partícula cargada en un campo eléctrico y en un campo magnético. (s/f). Ehu.es. Recuperado el 30 de septiembre de 2024, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/magnetico/movimiento/movimiento.html
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