Campo eléctrico

¿Qué es el campo eléctrico?

El campo eléctrico es una zona del espacio en la cual interactúa una fuerza eléctrica. Es decir, un campo físico rodeado por una carga eléctrica que crea interacciones (anteriormente llamadas fuerzas) con otras cargas o cuerpos dentro del campo, repeliéndolas o atrayéndolas. El campo eléctrico se describe matemáticamente como un campo vectorial en el que una carga eléctrica puntal, representada por el valor q, está bajo la influencia de una fuerza eléctrica, representaba por el valor F. De tal forma que la ecuación para el estudio de objetos dentro de un campo eléctrico es F=qE, donde E es el campo eléctrico. En las investigaciones relativistas de la actualidad, el campo eléctrico y el campo magnético hacen parte del campo tensorial cuadridimensional, más conocido como campo electromagnético Fμν.

Los campos eléctricos pueden generarse alrededor de cargas eléctricas o alrededor de campos magnéticos variables. Estos fueron descritos por primera vez por el físico francés Charles-Augustin de Couloumb en el siglo XVIII en lo que conocemos hoy en día como la Ley de Coulomb. No obstante, en este estudio sólo se tenían en consideración las cargas eléctricas. Más tarde, Michael Faraday y James Clerk Mawxell descubrirían las relaciones entre el magnetismo y la electricidad, con lo cual se supo que los campos eléctricos podían generar en las variaciones de un campo magnético. Así, con esta nueva visión sobre la electricidad se puede decir que el campo eléctrico no es cuantificable en sí mismo, sino que se puede medir su efecto sobre una carga puesta en su seno. La unidad con la que se expresa esta interacción es con el Newton por Culombio (N/C) el Voltio por metro (V/m) o en unidades básicas.

El campo eléctrico modifica las características del espacio en el que se encuentra debido a su carga eléctrica. Si dentro de este se agrega una nueva carga, esta experimentará una fuerza que podrá ser de repulsión, en el caso de que los polos magnéticos sean iguales, o de atracción, en el caso de que los polos magnéticos sean opuestos. En su representación matemática, el vector campo eléctrico surge como el cociente entre la fuerza eléctrica de una carga testigo y el valor de la misma. La ley de Coulomb es útil para expresar las distribuciones de carga en reposo relativo dentro del campo, aunque esta no sirve para estudiar cargas en movimiento. Para estos últimos casos, son necesarios el empleo de cuadrivectores y el principio de mínima acción. De esta forma, se puede calcular la acción de una carga que se mueve dentro del campo electromagnético.

Un campo eléctrico puede tener las siguientes características:

• Campo electrostático: este es estacionario, por lo cual no depende del tiempo. En estos casos se puede aplicar la Ley de Gauss dado que no tiene consideración temporal, aunque la Ley de Faraday sí debe modificarse.
• Líneas de campo: cuando un campo eléctrico es estático, se puede representar con líneas tangentes, conocidas como líneas de campo. Estas son las curvas integrales del campo vectorial, pudiendo ser tantas como se requieran visualizar. Estas líneas son perpendiculares a la superficie del cuerpo, por lo que su tangente geométrica coincide con la dirección del campo eléctrico en cierto punto. Cuando se unen los puntos de igual magnitud en el campo, se consiguen las superficies equipotenciales, donde el potencial tiene igual valor numérico.
• Campo electrodinámico de movimiento uniforme: el campo eléctrico que crea una carga puntual desarrolla isotropía espacial; mientras que el campo que genera una carga en movimiento es más intenso dentro del plano perpendicular a la velocidad según las predicciones señaladas por la teoría de la relatividad.
• Campo electrodinámico de movimiento acelerado: en este caso, dado que la carga se mueve con respecto al observador y cuenta con un movimiento acelerado, los cálculos resultan mucho más complejos que en el caso anterior.