Líneas de Campo Eléctrico

Una línea de campo es un lugar definido por un campo vectorial y un punto de partida dentro del campo. Para los campos eléctricos, tenemos líneas de campo eléctrico. Como hemos visto en Electrostática, las cargas eléctricas crean un campo eléctrico en el espacio que las rodea. Actúa como una especie de «mapa» que da la dirección e indica la intensidad del campo eléctrico en varias regiones del espacio. El concepto de líneas de campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday, lo que le ayudó a visualizar fácilmente el campo eléctrico utilizando la intuición en lugar del análisis matemático.

¿Qué es una Línea de Campo Eléctrico?

Una línea de campo eléctrico es una línea o curva imaginaria trazada a través de una región del espacio vacío, de modo que su tangente en cualquier punto esté en la dirección del vector de campo eléctrico en ese punto. La proximidad relativa de las líneas en un punto determinado da una idea de la intensidad del campo eléctrico en ese punto.

Campo eléctrico alrededor de una esfera conductora

• Cuando una esfera conductora se carga, el campo eléctrico resultante a su alrededor es el mismo que si toda la carga estuviera concentrada en el centro.
• Esto significa que una esfera cargada puede considerarse como una carga puntual en los cálculos.

Campo eléctrico entre dos cargas puntuales

Para dos cargas opuestas:

• Las líneas de campo se dirigen de la carga positiva a la negativa.
• Cuanto más cerca estén las cargas, mayor será la fuerza de atracción eléctrica entre ellas.

Para dos cargas del mismo tipo:

• Las líneas de campo se dirigen en dirección opuesta a dos cargas positivas o hacia dos cargas negativas.
• Cuanto más se acerquen las cargas, más intensa será la fuerza eléctrica repulsiva entre ellas.
• Existe un punto neutro en el punto medio entre las cargas donde la fuerza eléctrica resultante es cero.

Campo eléctrico entre dos placas paralelas

Cuando se aplica una diferencia de potencial entre dos placas paralelas, estas se cargan.

• El campo eléctrico entre las placas es uniforme.
• El campo eléctrico más allá de los bordes de las placas no es uniforme.

Campo eléctrico entre una carga puntual y una placa paralela

El campo alrededor de una carga puntual que viaja entre dos placas paralelas se combina con:

• El campo alrededor de una carga puntual
• El campo entre dos placas paralelas

Propiedades de las líneas de fuerza de un campo eléctrico

Las líneas de fuerza de un campo eléctrico tienen algunas propiedades importantes e interesantes, estudiémoslas.

• Las líneas de campo eléctrico siempre comienzan en una carga positiva y terminan en una negativa, por lo que no forman curvas cerradas. No empiezan ni terminan en el espacio intermedio.
• El número de líneas de campo eléctrico que salen de una carga positiva o entran en una negativa es proporcional a la magnitud de la carga.
• Las líneas de campo nunca se cruzan entre sí.
• En un campo eléctrico uniforme, las líneas de campo son rectas, paralelas y uniformemente espaciadas.
• Las líneas de campo son perpendiculares a la superficie de la carga.
• Para que las líneas de campo comiencen o terminen en el infinito, debe utilizarse una sola carga.
• Estas líneas de campo siempre fluyen de un potencial más alto a uno más bajo.
• Si el campo eléctrico en una región dada del espacio es cero, no existen líneas de campo eléctrico.

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.

Además, las líneas de campo nunca se cruzan. Si lo hacen, implica que hay dos direcciones para el campo eléctrico en ese punto. Pero esto es imposible ya que los campos eléctricos se suman vectorialmente en cualquier punto y recordemos que “Una línea de campo se traza tangencialmente al campo eléctrico neto en un punto”. Por tanto, las líneas de campo eléctrico nunca pueden intersecarse entre sí.

Como ya se ha dicho, 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.

Volviendo a nuestro ejemplo inicial de carga estática en el cabello, la dirección en la que se levanta el cabello cargado traza las líneas del campo eléctrico local. Las cargas en el cabello ejercen fuerzas sobre el mechón de cabello mientras intentan filtrarse al espacio circundante sin carga. El cabello se alinea en consecuencia de modo que no actúe ninguna fuerza neta sobre él y, sin darse cuenta, traza las líneas del campo eléctrico.

Reglas para Dibujar Líneas de Campo Eléctrico

A continuación se indican las reglas para dibujar líneas de campo eléctrico:

• La línea de campo comienza en la carga y termina en la carga o en el infinito.
• Cuando el campo es más intenso, las líneas de campo están más próximas entre sí.
• El número de líneas de campo depende de la carga.
• Las líneas de campo nunca deben cruzarse.
• El campo eléctrico y la línea de campo eléctrico son tangentes en el punto por el que pasan.

Conclusión

Las líneas de campo eléctrico o líneas de fuerza eléctrica son las trayectorias de la fuerza eléctrica. Cuando un objeto con carga se mueve bajo fuerzas electromagnéticas, sigue estas trayectorias. La dirección en la que se aplica la fuerza determina en qué dirección se dibujará la línea de campo (recuerde que las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen). Toda línea de fuerza eléctrica comienza con una carga positiva y termina con una negativa. Las líneas de fuerza eléctrica se resisten entre sí en la misma dirección, pero en direcciones opuestas se atraen. No existen líneas de fuerza dentro del conductor.

Preguntas más frecuentes