El campo eléctrico
Cambia la distancia y el signo
Mira la carga de cerca y de lejos. Al cambiar la distancia, observa la flecha de fuerza sobre la carga de prueba. Al invertir el signo, observa cómo se invierte la dirección.
El campo eléctrico: el mapa de fuerza de una carga
Coloca una sola carga y en cada punto de alrededor aparece una flecha que dice "una carga positiva unitaria puesta aquí sentiría esta fuerza". El conjunto de esas flechas es el campo eléctrico E. Esté o no presente una carga de prueba, el campo ya está extendido alrededor de la carga. Por eso lo definimos como E = F/q.
El campo de una carga puntual: radial, 1/r²
El campo de una carga puntual Q se extiende por igual en todas direcciones. Su magnitud decae con el inverso del cuadrado de la distancia: E = kQ/r², dirigido a lo largo del vector unitario radial r̂. Para una carga positiva apunta hacia afuera; para una negativa, hacia adentro. La constante k es 1/(4πε₀).
La fuerza viene del campo: F = qE
Coloca cualquier carga q en un campo eléctrico y la fuerza sobre ella es F = qE, la flecha del campo por la cantidad de carga. Lo clave es que el campo E no depende de la carga de prueba q. Duplica q y la E en ese punto no cambia; solo la fuerza se duplica. El campo es una propiedad de la carga fuente que lo creó.
Dirección y suma
El campo sale de las cargas positivas y entra en las negativas. Con varias cargas, sumas la flecha de cada una como vectores para obtener el campo en un punto (superposición). Cuando la carga se reparte en una línea, superficie o volumen, esa suma se vuelve una integral: el tema de la próxima unidad.
De vuelta a la primera pantalla
Al deslizar la carga de prueba más cerca, la flecha de fuerza creció bruscamente: reduce la distancia a la mitad y el campo se cuadruplica, porque va como 1/r². Pulsa el botón de signo y todas las flechas se invierten a la vez: la dirección sigue el signo de la carga. Y por más que cambiaras la carga de prueba, las flechas del campo de fondo quedaron fijas, porque el campo eléctrico pertenece no a la carga que se coloca en él, sino a la que lo creó.
El campo eléctrico es el protagonista de la electrostática, y desde aquí se ramifica en dos. Cuando la carga se reparte en una línea, superficie o volumen, integras dE para obtener el campo completo (EM-04). Y contar cuánto de este campo atraviesa una superficie cerrada lleva al flujo y la divergencia (EM-05) y a la ley de Gauss (EM-06).