En la física moderna, la noción de fuerza ha sido progresivamente desplazada por la de campo. Aplicado a la electrostática, este concepto permite sustituir la idea de las fuerzas puntuales que nacen y mueren en las cargas eléctricas por el principio de que la sola presencia de una carga induce una perturbación en el espacio que puede afectar a cualquier otra carga presente en sus proximidades. El manejo de campos permite describir los fenómenos según las propiedades observadas, sin referirse a las causas originales que los producen.
El vector campo eléctrico
La presencia de una o varias cargas eléctricas en el espacio induce en su entorno un campo eléctrico (de símbolo E), que influye en el comportamiento de otras cargas circundantes. El valor cuantificado de esta interacción se determina por la intensidad de campo eléctrico, que se define como la fuerza que actúa en un punto dado del campo por unidad de carga positiva.
El campo eléctrico es una magnitud vectorial cuyas características son:
• La dirección del campo es la de la recta que une la posición de la carga que lo engendra con la del punto donde se mide el campo.
• El sentido del campo es, por convenio, repulsivo cuando la carga origen es positiva y atractivo si dicha carga es negativa (coincide con el de la fuerza electrostática).
• El módulo del campo depende del valor de la carga que lo crea, su signo, el medio y la distancia de dicha carga a aquella en la que se mide la perturbación.
Módulo, sentido y dirección del campo eléctrico. La carga (a) es positiva y la (b), negativa.
Valor del módulo del campo eléctrico
Por la propia definición de campo eléctrico, el módulo de su intensidad es directamente proporcional a la carga que crea el campo e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia donde se miden sus efectos:
donde K es la misma constante que aparece en la ley de Coulomb de la electrostática, cuyo valor es 9 · 109 N·m2/C2, aproximadamente
Las líneas de campo
Para comprender mejor el concepto de campo eléctrico se recurre a representaciones visuales basadas en líneas de campo o de fuerza, para indicar la dirección, el sentido y la intensidad del campo.
En esencia, las líneas de campo señalan cómo se comportaría una carga eléctrica positiva cuyo valor es la unidad, cuando se introdujera en el dominio de acción del campo eléctrico representado.
Según este enfoque, el campo eléctrico es abierto, ya que sus líneas de fuerza nunca entran y salen en una misma carga.
Líneas de fuerza de un campo eléctrico. Mientras que las líneas creadas por una carga positiva salen de la carga (a), las engendradas por una carga negativa se sumergen en ella (b).
Líneas de fuerza de un sistema de cargas. Las líneas de campo salen de la carga positiva y entran en la negativa.
Ley de Coulomb
1.- Ley de Coulomb.
Una manifestación habitual de la electricidad es la fuerza de atracción o repulsión entre dos cuerpos estacionarios que, de acuerdo con el principio de acción y reacción, ejercen la misma fuerza eléctrica uno sobre otro. La carga eléctrica de cada cuerpo puede medirse en culombios. La fuerza entre dos partículas con cargas q1 y q2 puede calcularse a partir de la ley de Coulomb
Según la cual la fuerza es proporcional al producto de las cargas dividido entre el cuadrado de la distancia que las separa. La constante de proporcionalidad K depende del medio que rodea a las cargas.
2.- Expresión matemática. La ley de Coulomb
Mediante una balanza de torsión, Coulomb encontró que la fuerza de atracción o repulsión entre dos cargas puntuales (cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables comparadas con la distancia r que las separa) es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
El valor de la constante de proporcionalidad depende de las unidades en las que se exprese F, q, q’ y r. En el Sistema Internacional de Unidades de Medida vale 9·10-9 Nm2/C2.
Obsérvese que la ley de Coulomb tiene la misma forma funcional que la ley de la Gravitación Universal
