1. Campo Eléctrico

2. Integrantes: Ceballos Flores H. Suyapa Gonzalez Gonzalez Adriana L. Quilantan Hernandez Martha M. Ramirez Magallanes Ruth C.

3. El concepto físico de campo Las cargas eléctricas no precisan de ningún medio material para ejercer su influencia sobre otras, de ahí que las fuerzas eléctricas sean consideradas fuerzas de acción a distancia. Cuando en la naturaleza se da una situación de este estilo, se recurre a la idea de campo para facilitar la descripción en términos físicos de la influencia que uno o más cuerpos ejercen sobre el espacio que les rodea .

4. La noción física de campo se corresponde con la de un espacio dotado de propiedades medibles. En el caso de que se trate de un campo de fuerzas éste viene a ser aquella región del espacio en donde se dejan sentir los efectos de fuerzas a distancia.

5. Así, la influencia gravitatoria sobre el espacio que rodea la Tierra se hace visible cuando en cualquiera de sus puntos se sitúa, a modo de detector, un cuerpo de prueba y se mide su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae. Dicha influencia gravitatoria se conoce como campo gravitatorio terrestre. De un modo análogo la física introduce la noción de campo magnético y también la de campo eléctrico o electrostático.

6. Campo eléctrico Región del espacio que rodea a un espacio cargado y conforma un espacio vectorial de tal manera que todo punto perteneciente a dicha región, se caracteriza por un vector llamado intensidad de campo eléctrico Si se simboliza la carga con q , y la intensidad del campo eléctrico con E, entonces se cumple que:

7. Esta definición indica que el campo no es directamente medible, sino a través de medición de la fuerza actuante sobre alguna carga. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Michael Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética en el año 1831.

8. Realizó importantes contribuciones en el campo de la electricidad. En 1821, después de que el químico danés Oersted descubriera el electromagnetismo, Faraday construyó dos aparatos para producir lo que el llamó rotación electromagnética , en realidad, un motor eléctrico. Diez años más tarde, en 1831, comenzó sus más famosos experimentos con los que descubrió la inducción electromagnética, experimentos que aún hoy día son la base de la moderna tecnología electromagnética. MICHAEL FARADAY

9. Trabajando con la electricidad estática, demostró que la carga eléctrica se acumula en el exterior del conductor eléctrico cargado, con independencia de lo que pudiera haber en su interior. Este efecto se emplea en el dispositivo denominado jaula de Faraday. Una persona encerrada en una jaula mecánica, no correrá peligro alguno si toca sus caras interiores, aunque este fuertemente cargada. Pero si toca la superficie exterior puede recibir una fuerte descarga.

10. Esta definición proporciona una prueba de la existencia de un campo eléctrico; tan solo basta con situar una carga en el punto en cuestión. Si se observa una fuerza eléctrica, existe un campo eléctrico en ese punto. Se dice que existe un campo eléctrico en una región de espacio en la que una carga eléctrica experimenta una fuerza eléctrica.

11. Para poder interpretar cómo es la intensidad del campo eléctrico producido por una carga eléctrica, se emplea una carga positiva (por convención) de valor muy pequeño, llamada carga de prueba, de esta manera, sus efectos, debido al campo eléctrico se pueden despreciar. Esa pequeña carga de prueba q, se coloca en el punto del espacio que se desea investigar. Intensidad del Campo electrico

12. En la figura e observa la dirección y el sentido del vector campo eléctrico E debido a un cuerpo cargado positivamente, que actúa sobre la carga de prueba q. Si el cuerpo estuviera cargado negativamente, el sentido del vector campo eléctrico E , sería al contrario.

13. Si la carga de prueba recibe una fuerza de origen eléctrico, diremos que en ese punto del espacio existe un campo eléctrico, cuya intensidad E es igual a la relación dada entre la fuerza F y el valor de dicha carga de prueba q. Por tanto: Donde: E = intensidad del campo electrico en N/C F = fuerza que recibe la carga en N q = valor de la carga en coulombs

14. Como puede observarse la intensidad del campo eléctrico E es una magnitud vectorial, toda vez que la fuerza F también lo es, por ello, los campos eléctricos se pueden sumarse vectorialmente. Así pues, la dirección y sentido del vector que representa la intensidad del campo eléctrico en un punto, será igual a la que tenga la fuerza que actúa en ese punto sobre la carga de prueba, que como señalamos es positiva por convención.

15. a) La dirección y el sentido de la intensidad del campo eléctrico E en cualquier punto del espacio que rodea a una carga positiva, está dirigido radialmente hacia afuera de la carga. b) Si la carga es negativa, E está dirigido hacia adentro.

16. En las figuras a y b podemos observar que cuando una carga positiva está situada en un campo eléctrico, su movimiento es siempre en la misma dirección de éste. Una carga negativa en cambio, se moverá siempre en la dirección contraria al campo eléctrico.

17. El valor de la intensidad del campo eléctrico E no es constante sino que disminuye a medida que aumenta la distancia. Sin embargo, el valor de E será el mismo para todos los puntos que estén a igual distancia del centro de una carga.

18. Si se desea calcular la intensidad del campo eléctrico E a una determinada distancia r de una carga q se considera que una carga de prueba q’ colocada a dicha distancia, recibe una fuerza F debida a q. Intensidad de un campo eléctrico producido E producido por una carga q a una distancia r del centro de dicha carga.

19. Esta ecuación nos permitirá calcular el valor de E en cualquier punto de una carga eléctrica. El valor de k como sabemos es de 9 x 10 9 Nm2/C2 Lo anterior se expresa:

20. En el sistema métrico, una unidad de intensidad de campo eléctrico es el newton por coulomb (N/C). La utilidad de esta definición radica en el hecho de que, si se conoce el campo en un punto dado, podemos predecir la fuerza que actuará sobre cualquier carga situada en ese punto. Recuerda

21. Puesto que la intensidad de campo eléctrico se define en términos de una carga positiva, su dirección en un punto cualquiera es la misma que correspondería a la fuerza electrostática sobre una carga positiva en ese mismo punto . La dirección de la intensidad de campo eléctrico E en un punto en el espacio es la misma que la dirección en la cual una carga positiva se movería si se colocara en ese punto.

22. Sobre esta base, el campo eléctrico en la vecindad de una carga positiva +Q sería hacia afuera, o alejándose de la carga. En la vecindad de una carga negativa –Q, la direccion del campo seria hacia adentro o acercandose a la carga. a) El campo en la vecindad de una carga positiva se dirige radialmente hacia afuera a cualquier punto. b) El campo está dirigido hacia adentro o hacia una carga negativa.

23. Se debe recordar que la intensidad de campo eléctrico es una propiedad asignada al espacio que rodea a un cuerpo cargado. Alrededor de la Tierra existe un campo gravitacional, haya o no una masa colocada sobre ella. En forma similar, alrededor de un cuerpo cargado existe un campo eléctrico, haya o no una segunda carga localizada en el campo. Si una carga se coloca en el campo, experimentará una fuerza F dada por:

24. Donde: E = intensidad del campo q = magnitud de la carga colocada en el campo Si q es positiva, E y F tendrán la misma dirección; si q es negativa, la fuerza F estará en dirección opuesta al campo E .

25. Ejemplo 1: Una carga de prueba de 3 x 10 -7 C recibe una fuerza horizontal hacia la derecha de 2 x 10 -4 N . ¿Cuál es el valor de la intensidad del campo eléctrico en el punto donde está colocada la carga de prueba? Datos Formula Sustitución q = 3 x 10 -7 C =2 x 10 -4 N = 2 x 10 -4 N = 6.66 x 10 2 N/C 3 x 10 -7 C = ?

26. Ejemplo 2: Calcular la intensidad del campo eléctrico a una distancia de 50 cm de una carga de 4  C Datos Formula Sustitución = ? = (9 x 10 9 N m2/C2 ) ( 4 x 10 -6 C) r = 50cm = 0.5 m (0.5m)2 q = 4 x 10 -6 C k = 9 x 10 9 N m2/C2 = 1.44 x 10 5 N/C

27. LINEAS DE CAMPO ELECTRICO En sus primeras investigaciones sobre el electromagnetismo, Michael Faraday (1971-1867) desarrollo un ingenioso sistema para visualizar los campos eléctricos. El método consiste en representar tanto la intensidad como la dirección de un campo eléctrico por medio de líneas imaginarias llamadas líneas de campo eléctrico. Las líneas de campo eléctrico son líneas imaginarias trazadas de tal manera que su dirección en cualquier punto es la misma que la dirección del campo eléctrico en ese punto.

28. Por ejemplo las líneas trazadas radialmente hacia fuera de la carga positiva en la siguiente figura representan la dirección del campo en cualquier punto sobre la línea. Las líneas eléctricas en la vecindad de una carga negativa tendrían una forma radial hacia adentro y estarían dirigidas hacia la carga.

29. En general, la dirección de un campo eléctrico en una región del espacio varia de un lugar a otro, por lo tanto, normalmente las líneas eléctricas son curvas. Por ejemplo, consideremos la construcción de una línea de campo eléctrico en la región situada entre una carga positiva y una negativa como se muestra en la siguiente figura.

30. La dirección de una línea de campo eléctrico en cualquier punto es la misma que la que corresponde a la dirección de la intensidad del campo eléctrico resultante en ese punto.

31. La dirección de la línea de campo eléctrico en cualquier punto es la misma dirección del vector resultante del campo eléctrico en ese punto. Deben tomarse en cuenta dos reglas cuando se construyan líneas del campo eléctrico: 1.-La dirección de la línea de campo en cualquier punto es la misma que la dirección en la cual una carga positiva se movería si estuviera colocada en ese punto. 2 .- La separación entre las líneas de campo debe ser tal que estén más cercanas cuando el campo es fuerte y más alejadas cuando el campo es débil.

32. Siguiendo estas reglas generales se pueden construir líneas de campo eléctrico para los dos casos comunes. Como consecuencia de la forma en que se trazan las líneas eléctricas siempre saldrán cargas positivas y entrarán cargas negativas. Ninguna línea puede originarse o terminar en el espacio, aunque un extremo de una línea eléctrica puede extenderse hasta el infinito.

33. a) Ilustración gráfica de las líneas del campo eléctrico en la región que rodea dos cargas opuestas. b) Las líneas del campo entre dos cargas positivas.

34. Los campos eléctricos tienen su origen en diferencias de voltaje: entre más elevado sea el voltaje, más fuerte será el campo que resulta. Campos magnéticos tienen su origen en las corrientes eléctricas: una corriente más fuerte resulta en un campo más fuerte. Un campo eléctrico existe aunque no haya corriente. Cuando hay corriente, la magnitud del campo magnético cambiará con el consumo de poder, pero la fuerza del campo eléctrico quedará igual.

35. Campos eléctricos Al enchufar un cable eléctrico en una toma de corriente se generan campos eléctricos en el aire que rodea al aparato eléctrico. Cuanto mayor es la tensión, más intenso es el campo eléctrico producido. Como puede existir tensión aunque no haya corriente eléctrica, no es necesario que el aparato eléctrico esté en funcionamiento para que exista un campo eléctrico en su entorno.

37. Todos estamos expuestos a una combinación compleja de campos eléctricos y magnéticos débiles, tanto en el hogar como en el trabajo, desde los que producen la generación y transmisión de electricidad, los electrodomésticos y los equipos industriales, a los producidos por las telecomunicaciones y la difusión de radio y televisión.

38. En el organismo se producen corrientes eléctricas minúsculas debidas a las reacciones químicas de las funciones corporales normales, incluso en ausencia de campos eléctricos externos. Por ejemplo, los nervios emiten señales mediante la transmisión de impulsos eléctricos. En la mayoría de las reacciones bioquímicas, desde la digestión a las actividades cerebrales, se produce una reorganización de partículas cargadas. Incluso el corazón presenta actividad eléctrica, que los médicos pueden detectar mediante los electrocardiogramas.

39. Los campos eléctricos de frecuencia baja influyen en el organismo, como en cualquier otro material formado por partículas cargadas. Cuando los campos eléctricos actúan sobre materiales conductores, afectan a la distribución de las cargas eléctricas en la superficie. Provocan una corriente que atraviesa el organismo hasta el suelo. Los campos magnéticos de frecuencia baja inducen corrientes circulantes en el organismo. La intensidad de estas corrientes depende de la intensidad del campo magnético exterior. Si es suficientemente intenso, las corrientes podrían estimular los nervios y músculos o afectar a otros procesos biológicos.

40. Tanto los campos eléctricos como los magnéticos inducen tensiones eléctricas y corrientes en el organismo, pero incluso justo debajo de una línea de transmisión de electricidad de alta tensión las corrientes inducidas son muy pequeñas comparadas con los umbrales para la producción de sacudidas eléctricas u otros efectos eléctricos. El principal efecto biológico de los campos electromagnéticos de radiofrecuencia es el calentamiento.

41. 1.Existe una amplia gama de influencias del medio que producen efectos biológicos. La expresión «efecto biológico» no es equivalente a «peligro para la salud». Se necesitan investigaciones especiales para identificar y medir los peligros para la salud. 2.A frecuencias bajas, los campos eléctricos y magnéticos exteriores inducen pequeñas corrientes circulantes en el interior del organismo. En prácticamente todos los medios normales, las corrientes inducidas en el interior del organismo son demasiado pequeñas para producir efectos manifiestos. Puntos clave

42. 3.El principal efecto de los campos electromagnéticos de radiofrecuencia es el calentamiento de los tejidos del organismo. 4.Efectos sobre el embarazo.- El conjunto de los resultados demuestra que la exposición a los niveles típicos de los campos del medio no aumenta el riesgo de desenlaces adversos como abortos espontáneos, malformaciones, peso reducido al nacer y enfermedades congénitas.

43. 5.No cabe duda de que la exposición a corto plazo a campos electromagnéticos muy intensos puede ser perjudicial para la salud. La preocupación actual de la sociedad se centra en los posibles efectos sobre la salud, a largo plazo, de la exposición a campos electromagnéticos de intensidades inferiores a las necesarias para desencadenar respuestas biológicas inmediatas. 6.El Proyecto Internacional CEM de la OMS se inició para responder con rigor científico y de forma objetiva a las preocupaciones de la sociedad por los posibles peligros de los campos electromagnéticos de baja intensidad.

44. 7.A pesar de las abundantes investigaciones realizadas, hasta la fecha no hay pruebas que permitan concluir que la exposición a campos electromagnéticos de baja intensidad sea perjudicial para la salud de las personas. 8.Las investigaciones internacionales se centran en el estudio de posibles relaciones entre el cáncer y los campos electromagnéticos, a frecuencias de radio y de red eléctrica.

45. Fin