Campos y cargas de prueba

Si la interacción entre cargas puede describirse en términos de las fuerzas entre ellas y el campo eléctrico está relacionado con la fuerza eléctrica, ¿por qué acudir al concepto de campo eléctrico? 

La animación muestra una carga positiva de 4 nC situada en el origen (0 m, 0 m), y una carga de prueba situada inicialmente en (1 m, 1 m). Se muestra la distancia entre ambas cargas así como el vector que representa la fuerza sobre la carga de prueba (posición en metros y carga en culombios). El cursor le permite cambiar el valor de la carga de prueba.  Reinicio. 

1. Mueva la carga de prueba a x = 2 m  e y = 2 m. ¿Aumenta o disminuye la fuerza respecto al valor que tenía cuando estaba situada inicialmente en (1, 1)? ¿Cómo será la fuerza, respecto al valor inicial, cuando la carga de prueba se sitúa en (-1,1)? ¿Y cuando se sitúa en (0.5, -1)? ¿Qué es lo que determina el valor sobre la carga de prueba?
2. Considere ahora la situación correspondiente a dejar la carga de prueba en su posición inicial pero cambiando su valor a +2 nC. ¿Cómo cambia la fuerza sobre la carga de prueba? ¿Y si cambia la carga a 0.5 nC  o a -1 nC? ¿Qué determina en este caso la intensidad relativa de la fuerza sobre la carga de prueba?

Suponga que queremos obtener una expresión de la fuerza sobre la carga de prueba debido a la carga central. Las respuestas a los apartados anteriores le darán la respuesta. Pero si queremos describir el efecto de la carga central sin mención a la carga de prueba estaremos en dificultades pues la fuerza depende del valor de la carga de prueba. Si cambiamos el valor de la carga de prueba cambia el valor de la fuerza. Y necesitamos una descripción del campo que sea totalmente independiente de nuestro sistema de medida (fuerza sobre una carga de prueba).

3. ¿Puede imaginar un procedimiento para describir cuantitativamente lo que ocurre en la región que rodea a la carga central que no dependa de las propiedades de la carga de prueba? Escriba al menos una propuesta ANTES de pasar al apartado (d).
4. La respuesta de los físicos ha sido la creación del concepto de campo eléctrico. Este campo se define como la fuerza sobre la carga de prueba dividida por el valor de dicha carga,  E = F/q.  Para una única carga, como la central de la animación, el módulo de la fuerza es F = (k Q q)/r², con lo que el campo eléctrico debido a la carga Q en un punto distante  E = k Q/r².
5. Repita (a) y (b) pero centrándose ahora en el campo eléctrico en lugar de en la fuerza.
6. ¿Depende la fuerza del valor de la carga de prueba? ¿Y el campo? Compruébelo cambiando el valor de la carga de prueba y observando los efectos sobre la fuerza y sobre el campo (para ello muestre el campo pulsando sobre el enlace dispuesto al efecto). 
7. ¿Podría sintetizar la utilidad que usted observa en acudir a la introducción del campo eléctrico definido como lo hemos hecho? ¿Por qué no hablar sólo de fuerzas?

Exploración creada por  Melissa Dancy.
© 2004 Pearson Educación S. A.