1r ciclo Campo eléctrico/ Conceptos

[Clarck Luis]

Hola con todos, mi duda principal es ¿que es exactamente un campo eléctrico? he leído varios textos sobre el tema y todos hablan de que el espacio que rodea a un cuerpo con carga eléctrica esta lleno con un campo eléctrico, que una forma de representar un campo eléctrico es mediante lineas de fuerza que salen de una carga positiva y entran a una carga negativa, y en caso de existir solo una carga estas lineas se extienden al infinito, me dicen que la dirección del campo en un punto es la misma que la dirección de la fuerza en ese punto.
Pero son conceptos que simplemente están ahí y hay que asumirlos, al menos eso entiendo, quiero entender:
-Que es exactamente un campo eléctrico y como se origina un campo eléctrico
-Hay otra cosa que me intriga, he leído que el campo es mas débil entre lineas mas separadas y mas fuerte entre lineas mas cercanas, de donde surge esta deducción?
-También he leído que un campo eléctrico es como un almacén de energía eléctrica, si esto es verdad, como es que funciona este almacén y como hace para ceder energía?
- Porque el campo tiene que salir de una carga positiva y llegar a una carga negativa?
- Se dice que cuando dos cargas interactuan y se generan fuerzas eléctricas entre ellas, y esto se puede expresar como que "una carga interactua con el campo que genera la otra", la fuerza no es la interacción entre dos cuerpos? el campo es un cuerpo?
- Si existe una fuerza de cualquier naturaleza podemos hablar de un campo también?

La teoría de los libros que he leído me dicen que las cosas son así pero no "el porque", ojala puedan aclararme algunas de estas dudas, gracias de antemano a los lectores y a los que se animen a participar, saludos.

[leo_ro]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Según la definición de fuerza eléctrica para cargas puntuales

$\vec{F}=k \frac{qQ}{{\left\vert{} r\right\vert{}}^{2} } \hat{r}$

En donde $q$ y $Q$ son dos cargas, $\left\vert{} r\right\vert{}$ es la distancia entre ellas y $\hat{r}$ es la dirección y sentido de la distancia.

Para justificar la acción a distancia decimos que las cargas generan un campo de fuerzas.

$\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}=k \frac{Q}{{\left\vert{} r\right\vert{}}^{2} } \hat{r}$

Donde $\vec{E}$ es la fuerza eléctrica sobre unidad de carga que genera la carga $Q$. Es decir, sabiendo el campo eléctrico que genera $Q$ sabemos la fuerza eléctrica que sentiría una carga de valor $q$ (que por razones de simplificar, es $1[C]$)

Pero son conceptos que simplemente están ahí y hay que asumirlos, al menos eso entiendo, quiero entender:

Puedes hacer la prueba, si tienes una carga $Q$ como se dijo generará un campo eléctrico, tomando una carga de prueba ${q}_{0}$ muy chica para que no modifique el campo. La fuerza que sentirá ${q}_{0}$ será

$\vec{F}={q}_{0} \vec{E}$

La idea del campo eléctrico como lineas de fuerza es una idea anterior al concepto de campo pero válida para el entendimientod de este. En donde por convención se establece que las líneas entran en las cargas negativas y salen de las cargas positivas. Lo mismo es para el vector fuerza eléctrica o campo magnético, la dirección de estos es de la carga positiva a la negativa. Puedes ver un poco sobre las lineas de fuerza en http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_fuerza . vé que hace incapié en que no existen realmente y son solo un modelo.Lo que existe verdaderamente en el espacio alrededor de una carga es la fuerza sobre unidad de carga.

$\vec{E}$ almacena energía en forma de energía potencial eléctrica, ya que $q\vec{E}$ es una fuerza conservativa. Si colocas una carga $q$ en el $\vec{E}$ generado por $Q$, esta carga $q$ experimentará la fuerza $q\vec{E}$ y se desplazará por lo que $q\vec{E}$ realizará trabajo.

espero haberte ayudado.

[Clarck Luis]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Gracias por responder leo, con lo que me dices y leyendo un poco mas he resuelto algunas de mis dudas, pero hay algo que todavía no entiendo, ¿porque se dice que el campo es mas fuerte entre lineas mas juntas y mas débil entre lineas separadas? y es correcto decir "que una carga interactua con el campo que genera otra" , ¿la interacción no se debe dar entre cuerpos?, esas son las dudas que me quedan , ojala puedas ayudarme a resolverlas, gracias de antebrazo.

[nature]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Para agregar algo a lo que dice leo_ro existen 4 fuerzas o mejor dicho 4 interacciones fundamentales en nuestro universo, la Interacción Electromagnética, la Nueclear Fuerte, Nuclear Debil y La Gravitatoria. Todas actuan mediante campos, el modelo estandar de interaccion entre particulas es algo mas complicado y en lugar de campos tienes particulas mediadoras pero como ignoro totalmente el tema toma esta parte solo como referencia, volviendo al caso de cargas electricas repito en la electrodinamica clásica la interacción es así: carga1----campo1----campo2----carga2. Nunca directamente sino por medio de sus campos. Lo de las lineas es como dijo leo_ro, un antiguo modelo, anterior concepto de campos, solo que este modelo posee limitaciones en cuanto las matematicas asociadas y es mas exacto describir el campo eléctrico como un campo vectorial. Pero sigue siendo válido para ilustrar el concepto de campo, ya que imaginar vectores y darle intensidad al campo variando el modulo de cada vector en cada punto resulta difícil. Gracias a la gran imaginación de Faraday tenemos el modelo de lineas de fuerza.

Si quieres mira este video es de gran ayuda, luego por si no conocias la serie, puedes seguir viendo videos ya que cubren todo el electromagnetismo asi como las demas ramas de la física.

[Alekzander]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

¿porque se dice que el campo es mas fuerte entre lineas mas juntas y mas débil entre lineas separadas?

esto se relaciona con el concepto de densidad de flujo electrico, el flujo es proporcional al numero total de lineas de campo electrico que atraviezan una superficie.
creo que te confundiria mas si trato de explicartelo por lo que te recomiendo que leas teoria de flujo electrico y ley de gauss

[leo_ro]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

¿porque se dice que el campo es mas fuerte entre lineas mas juntas y mas débil entre lineas separadas?

Es una forma de representar el fenómeno. Por ejemplo para cargas puntuales la fuerza eléctrica disminuye con la distancia por lo que para representar ese hecho lo mejor es pensar que las lineas se van separando a medida que aumenta la distancia, en proporción en este caso al cuadrado de la distancia.

y es correcto decir "que una carga interactua con el campo que genera otra" , ¿la interacción no se debe dar entre cuerpos?, esas son las dudas que me quedan , ojala puedas ayudarme a resolverlas, gracias de antebrazo.

Si es correcto ya que el concepto de campo surge de manera de justificar la acción a distancia

[nature]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Si es correcto ya que el concepto de campo surge de manera de justificar la acción a distancia

leo_ro aqui debo discrepar contigo, respecto a la pregunta:

y es correcto decir "que una carga interactua con el campo que genera otra"

La respuesta es no, ya que la sintaxis correcta es que el campo de una carga interactua con el campo de otra carga. Fijate que el unico caso en el que interacciona campo-carga es algo teórico y es cuando hacemos el análisis de fuerza de Coulomb para determinar el campo de una carga $q$ usamos una "pequeña" carga de prueba $q_0$ para medir el campo de la carga $q$. Lo importante aqui es la palabra "pequeña", se considera infinitesimal, por que? precisamente para poder despreciar el campo de la propia carga de prueba. Por lo tanto las interacciones ocurren entre los campos.

Saludos!

[leo_ro]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Si la interacción es carga-campo-carga. ¿Pero qué es el campo? Fuerza eléctrica sobre unidad de carga. Es una modelización de la influencia eléctrica que genera una carga eléctrica en el espacio. Se usa una carga de prueba pequeña para que la fuerza eléctrica sea la de la carga que genera el campo porque la fuerza depende de las dos cargas.

[arivasm]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Es una forma de representar el fenómeno.

No es una representación, sino una propiedad general para todos los campos, que guarda relación con el hecho de que el flujo a través de una superficie es una medida del número de líneas de campo que la atraviesa. Por tanto, si un campo duplica el valor de otro el flujo del primero a través de una superficie cualquiera duplicará el flujo del segundo, lo que significa que lo mismo sucederá con el cómputo del número de líneas de cada uno. La conclusión es inmediata: la densidad superficial de las líneas es mayor en el campo de mayor módulo.

De todos modos, reconozco que para que lo que acabo de decir estuviese completo debería ser capaz de contar de dónde sale eso, que tantas veces usamos, de que el flujo mide el número de líneas de campo y, francamente, en este momento no lo recuerdo.

[Clarck Luis]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Hmmmm entiendo eso del flujo, la cantidad de lineas de campo que atraviesan cualquier superficie, pero no veo como se relaciona la cantidad de lineas con el hecho de que estén mas separadas o mas juntas, o tal vez me falta un concepto que no he tomado en cuenta xD.

[nature]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Se le llama densidad de flujo precisamente porque se mide la cantidad de lineas que atraviezan una superficie, cada linea se asocia a una carga electrica encerrada por dicha superficie. mientras mas lineas, la densidad aumenta y por ende la intensidad del campo se hace mas grande en esa región.

Edito:
Ya viste el video que te colgué en mi primera respuesta, en realidad todo esta ahi... Es decir, te pueden quedar dudas despues de verlo un par de veces pero serían de cuestiones mucho más complejas.

[arivasm]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

...cada linea se asocia a una carga electrica encerrada por dicha superficie.

Sólo quiero matizar que no es necesario que la superficie sea cerrada. El flujo a través de una superficie, como medida del número neto de líneas que campo que la atraviesa, es independiente de que la superficie delimite o no un volumen.

De todos modos, yo también me sumo a la petición de conocer la demostración de tan repetida afirmación ("el flujo es una medida del número neto de líneas de campo") puesto que es evidente que, en rigor, el número de líneas que atraviesan una superficie finita es una cantidad infinita.

[Clarck Luis]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

hmmm bueno según entiendo la ley de Gauss es para superficies cerradas, pero es solo para ese caso, podemos seguir hablando de flujo aun para superficies abiertas. Pero mi duda de rigor xD, es porque entre lineas mas cerradas el campo es mas fuerte y entre lineas mas abiertas el campo es mas débil, de donde viene esta deducción? Yo se que la definición de flujo es cantidad de lineas de campo que atraviesan una superficie, pero nose como se asocia eso a la pregunta que planteo xD.

En mi dibujo tengo lineas de campo, la pregunta es, porque en el punto "A" el campo es mas fuerte que en el punto "B"? otra cosa que entiendo es que existe campo eléctrico sobre las lineas dibujadas pero también existe campo eléctrico entre lineas, si fuéramos mas rigurosos con el dibujo, también tendríamos que dibujar lineas que pasen sobre el punto "A" y el punto "B" no?

[arivasm]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Por supuesto que la ley de Gauss es para superficies cerradas. Mi respuesta hacía referencia a que la densidad de líneas y su relación con la intensidad del campo, que figuraban en la pregunta que hacías en el post #3, pasa por el concepto de flujo, no necesariamente a través de una superficie cerrada ni tampoco necesariamente en referencia al campo eléctrico. Se trata de una propiedad absolutamente general de todos los campos vectoriales. Sucederá lo mismo, por ejemplo, con el campo de velocidades de un fluido.

Toma una superficie infinitesimal arbitraria orientada en la misma dirección que el campo. Insistiré en que éste último no necesariamente debe ser el campo eléctrico y por eso le llamaré $\vec V$. Dicho flujo será $\vec V\cdot\dd\vec S=V\dd S$. Está claro que dicho valor es proporcional al módulo del campo (que si quieres, puedes denominar "intensidad del campo"), pero también lo es al número de líneas que atraviesan la superficie. Conclusión: cuanto mayor sea el valor de $V$ mayor número de líneas cruzarán la superficie, lo que implica una mayor densidad de líneas de campo o, en términos más coloquiales, que las líneas están "más apretadas".

- - - Actualizado - - -

[Añado] sobre los dibujos de líneas de campo: sólo representan unas pocas; en rigor el número de las mismas es infinito.

[Clarck Luis]

Re: Campo eléctrico/ Conceptos

Gracias!! ahora si ya lo tengo masomenos claro, me adentrare mas en textos de lineas de campos para plantear mis preguntas con algo mas de base.