Campos y Potencial Electricos

CAMPOS Y POTENCIAL ELÉCTRICOS

En el espacio que nos rodea comúnmente podemos observar los fenómenos de los campos eléctricos, el espacio que rodea un imán es diferente a como seria  si el imán no estuviese hay. Si pones un sujetador de papeles  en ese espacio veras que se mueve, también se da en el común cuando frotamos una pluma de escribir en alguna tela sintética o para no ir muy lejos en la pantalla de televisión por ende se observa que cada uno de los ejemplos el objeto se altera esto se da a que contiene un campo de fuerza.

Campos eléctricos

El campo de fuerza  que rodea a una masa es un campo gravitacional si lanzamos una pelota al aire esta describe una trayectoria en curva esto se da porque hay una interacción entre la pelota y la tierra; entre sus centros de gravedad para ser más exactos. Del mismo modo que el espacio que rodea a la tierra o a cualquier otra masa está lleno de un campo gravitacional, el espacio que rodea a toda carga eléctrica está lleno de un campo eléctrico. Una fuerza gravitacional mantiene un satélite en órbita alrededor de un planeta y una fuerza eléctrica mantiene un electrón en órbita alrededor de un protón.

El campo eléctrico tiene magnitud y dirección su magnitud (intensidad) se puede medir con base en el efecto que produce sobre las cargas que se encuentran en él. Imagina que colocas una pequeña  “carga de prueba” positiva  en el campo o donde es mayor la fuerza que se ejerce sobre el campo de prueba.

En conclusión es un campo físico  que es representado mediante un modelo que describe  la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica F dada por la siguiente ecuación:

  

Una forma más fácil de describir un campo eléctrico consiste en el empleo de líneas de campo eléctrico, llamadas también líneas de fuerza. El campo es más débil en los puntos donde las líneas están más separadas. Las líneas correspondientes a una sola carga se prolongan hasta el infinito mientras que las de dos o más cargas opuestas emanan de una carga positiva y terminan en una carga negativa.

Algunas configuraciones de campo eléctrico:

      A)Líneas de campo  alrededor de una sola carga positiva.

      B)   Líneas de campo correspondientes a un par de cargas iguales de signo contrario.

      C)Líneas de campo uniformemente espaciadas entre dos placas paralelas de cargas            opuestas.

Líneas de campo eléctrico:

Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleado las llamadas líneas de fuerza. Son líneas imaginarias que describen, si se presentara, los cambios de dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial, y las líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirán las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado. Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerzas radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactúales, y dirigidas hacia a fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas).

En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza seria análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice que por ello que las primeras son << manantiales>>  y las segundas son <<sumideros>> de líneas de fuerza.

El escudo electrostático.

La ausencia de campo eléctrico dentro de un conductor que contiene carga estática no se debe a la incapacidad de un campo para penetrar en los metales si no a que los electrones del interior del conductor pueden “asentarse” y dejar de moverse solo cuando el campo eléctrico es cero. Por tanto, las cargas se disponen de tal manera que el campo eléctrico sea nulo dentro del material.

No hay manera de construir un escudo contra la gravedad porque esta solo atrae. No hay una gravedad repulsiva capaz de anular la gravedad atractiva. Pero es muy sencillo construir un escudo para resguardarse de un campo eléctrico. Basta rodearse, o rodear lo que se desea proteger, de una superficie conductora si colocamos esta superficie en un campo eléctrico de la intensidad que sea, las cargas libres de la superficie conductora se distribuirán en la superficie del conductor de tal modo que se anulen mutuamente todas las contribuciones al campo eléctrico interno. es por esta razón que ciertos componentes electrónicos están dentro de cajas metálicas y ciertos cables tienen una cubierta de metal; para resguardarlos de toda actividad eléctrica externa.

Energía potencial eléctrica.

Es un tipo de energía potencial (medida en julios en el S.I.) que resulta de la fuerza de Coulomb y está asociada a la configuración particular de un conjunto de cargas puntuales en un sistema definido. No se debe confundir con el potencial eléctrico (medido en voltios). El término "energía potencial eléctrica" se suele emplear para describir la energía potencial en sistemas con campos eléctricos que varían con el tiempo, mientras que el término "Energía potencial electrostática" hace referencia a la energía potencial en sistemas con campos eléctricos constantes en el tiempo.

Un objeto tiene energía potencial en virtud de su posición, digamos en un campo de fuerza. Por ejemplo, si alzas un objeto a cierta altura, está realizando trabajo sobre el objeto además está incrementando su energía potencial gravitacional. Cuando mayor es la altura que llevas el objeto, más grande es el aumento en su energía potencial. La realización de trabajo sobre el objeto hace que aumente su energía potencial gravitacional.

Potencial eléctrico

Se conoce como potencial eléctrico al trabajo que un campo electrostático tiene que llevar a cabo para movilizar una carga positiva unitaria de un punto hacia otro. Puede decirse, por lo tanto, que el trabajo a concretar por una fuerza externa para mover una carga desde un punto referente hasta otro es el potencial eléctrico.

Cabe mencionar que no se debe confundir este concepto con el de energía potencial eléctrica, aunque ambos estén relacionados en algunos casos, ya que este último es la energía que tiene un sistema de cargas eléctricas de acuerdo con su posición.

Se habla que dos cargas en la misma posición tienen dos veces más energía potencial que una sola; tres cargas tendrán el triple de energía potencial; un grupo de diez cargas tendrán diez veces más de energía potencial, y así sucesivamente.

Cabe mencionar que es conveniente, cuando se trabaja con electricidad, considerar la energía potencial eléctrica por unidad de carga. La energía potencial eléctrica por unidad de carga es el cociente de la energía potencial eléctrica total entre la cantidad de carga. En cualquier punto la energía potencial por unidad de carga es la misma, cualquiera sea la cantidad de carga.

El concepto de energía potencial por unidad de carga recibe un nombre especial: Potencial eléctrico.

La unidad del sistema internacional que mide el potencial eléctrico en es el volt, así llamado en honor al físico italiano alessandro volta, su símbolo es V. puesto que  la energía potencial se mide en joules y las cargas en coulombs.

Almacenamiento de energía eléctrica.

Se puede almacenar energía eléctrica en un dispositivo muy común que se conoce como capacitor. Casi todos los circuitos electrónicos de común cuentan con capacitores. En las tarjetas madres de las computadoras se emplean capacitores de baja energía como conmutadores de encendido y apagado. Debajo de cada tecla del computador hay un capacitor. Los capacitores de las unidades de flash para cámara fotográfica almacenan lentamente grande cantidades de energía que luego liberan con rapidez al emitir el destello. Análogamente, aunque en una escala mucho mayor, se almacenas cantidades enormes de energía en bancos de capacitores que alimentan los láseres gigantes en ciertos laboratorios de investigación.

El capacitor más simple se compone de dos placas conductoras separadas por una pequeña distancia y que no están en contacto. Un capacitor cargado se descarga cuando se abre un camino conductor entre las placas, la descarga de este puede ser una experiencia traumática si uno es el camino conductor. La transferencia de energía puede ser letal si el voltaje es elevado, como en la fuente de poder de un televisor incluso después de que lo hemos apagado.

EL GENERADOR DE VAN DE GRAAFF.

Es un dispositivo común de laboratorio para acumular grandes voltajes. Se trata de la máquina de rayos que solían utilizar los científicos locos de las viejas películas de ciencia ficción.

Modelo sencillo del generador de van de graaff, una base cilíndrica aislante sostiene una gran esfera hueca de metal. Una banda de caucho impulsada por un motor en el interior de la base cilíndrica pasa junto a una especie de peine de dientes metálicos que se mantiene a un elevado potencial eléctrico. Las puntas de las agujas depositan por descarga eléctrica un suministro continuo de electrones en la banda, el cual se transporta al interior de la esfera hueca de metal.