Un poco de repaso imprescindible
Las dos magnitudes con las que vas a trabajar de manera práctica en esta situación de aprendizaje tienen similitudes y diferencias que debes conocer y entender para lograr comprender la relación que existe entre ellas y realizar un trabajo experimental que resulte en un aprendizaje significativo.
La experiencia nos dice que existen ideas previas y errores de concepto que son muy difíciles de desterrar o evitar en el aprendizaje de la interacción electrostática. El enfoque competencial y práctico de dado a este recurso es un intento de mejorar el resultado del aprendizaje, movilizando los saberes básicos en un escenario real.
Parámetros de los que dependen
Para trabajar con los campos y potenciales eléctricos tenemos que entender los parámetros que los definen. Ya conocemos sus expresiones:
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\vec{E} = k \cdot \frac{Q}{|\vec{r}|^{2}} \cdot \left( \pm \vec{u_{r}} \right) |
 V = \pm k \cdot \frac{Q}{|\vec{r}|} |
donde Q es la carga eléctrica que genera el campo/potencial, y hay que tener en cuenta el signo de la misma, r es el vector entre la carga y el punto donde se está estudiando su interacción y k es la constante de Coulomb:
k = \frac{1}{4 \pi \ \varepsilon _{0}}
donde ε0 es la permeabilidad eléctrica del vacío.
Lectura facilitada
El campo eléctrico es una magnitud vectorial proporcional a la carga que lo produce y que disminuye con el cuadrado de la distancia hasta el punto donde se mide.
El potencial eléctrico es una magnitud escalar proporcional a la carga que lo produce y que disminuye con la distancia.
Si lo necesitas, puedes descargar el texto y las ecuaciones en formato EDICO (edi - 2644 B).
Campo Eléctrico
Recordamos que el campo eléctrico es una magnitud vectorial, es decir, tendrá un módulo, una dirección y un sentido, por eso se representa con flechas.
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Cuando tenemos una carga puntual aislada en el espacio, la dirección del campo eléctrico es radial y su sentido depende del signo de la carga. Si la carga es positiva, se aleja de la carga (ver figura izquierda) y si la carga es negativa, se acerca a la carga (ver figura derecha). |
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Cuando tenemos en el espacio una carga positiva y una carga negativa, el campo eléctrico sale de la carga positiva y va a la carga negativa. A este recorrido del campo eléctrico entre ambas cargas se le llama líneas de campo, y son líneas que nunca se van a cruzar. En caso de que las cargas sean del mismo signo, las líneas de campo no irán de una carga a otra. En el caso de las cargas positivas irán desde cada carga al infinito, y si son negativas, irán desde el infinito a la carga.
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Imágenes captadas de PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, by Michael Dubson et al. (CC BY 4.0).
Lectura facilitada
Una carga puntual en el espacio crea un campo eléctrico radial, cuyo sentido depende del signo de la carga: sale de la carga si es positiva y se aleja de la carga si es negativa.
Si hay dos cargas eléctricas puede ocurrir:
a) Si son de distinto signo, las líneas de campo salen de la carga positiva y van a la carga negativa. Esas líneas nunca se van a cruzar.
b) Si son del mismo signo, las líneas de campo no irán de una carga a otra. Si ambas son positivas irán desde cada carga al infinito y, si son negativas, irán desde el infinito a cada carga.
Audio
Descripción de las imágenes para una sola carga eléctrica:
Descripción de las imágenes para dos cargas puntuales:
Apoyo visual
Imágenes captadas de PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu, by Michael Dubson et al. (CC BY 4.0).
Potencial eléctrico
A diferencia de la magnitud vectorial campo eléctrico, el potencial eléctrico es escalar. Es decir, tiene un valor numérico en cada punto del espacio, pero no tiene asociados ni dirección ni sentido.
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Consideremos una única carga en el espacio. En la figura de la derecha se representa el valor del potencial eléctrico de una carga positiva en función de la distancia. El valor es proporcional al valor de la carga eléctrica, e inversamente proporcional a la distancia. En caso de que la carga sea positiva, el potencial eléctrico en cualquier punto será positivo, mientras que si la carga es negativa, el potencial eléctrico será negativo. |
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Si en una región del espacio hay dos cargas, el potencial eléctrico resultante en un punto debido a ambas cargas será la suma de los potenciales creados por cada una de las cargas. Si las cargas son positivas, el potencial en cualquier punto será positivo, mientras que si las cargas son negativas, todos los potenciales serán negativos. En el caso de que las cargas sean de distinto signo, podrán existir puntos donde el potencial total sea nulo. En la figura de la derecha se observan las líneas donde el potencial es el mismo en todos sus puntos, que se llaman líneas equipotenciales (aunque en realidad al ser en 3D, se llaman superficies equipotenciales). Se observa que entre las cargas no se llegan a cruzar las líneas y la vertical a una determinada distancia tiene potencial nulo. |
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Lectura facilitada
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El valor del potencial eléctrico es proporcional al valor de la carga eléctrica, e inversamente proporcional a la distancia. En caso de que la carga sea positiva, el potencial eléctrico en cualquier punto será positivo, mientras que si la carga es negativa, el potencial eléctrico será negativo. |
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El potencial en los puntos del espacio es la suma de los potenciales de cada carga que lo genera. En la figura de la derecha se observan las líneas donde el potencial es el mismo en todos sus puntos, que se llaman líneas equipotenciales. |
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