Teoría de campo: campo eléctrico

¿Qué son las líneas de campo?

Una línea de campo simplemente muestra la dirección que tomaría una carga de prueba (generalmente considerada positiva) durante el movimiento bajo la influencia de todas las demás cargas consideradas en el sistema. Esa carga generalmente se considera muy pequeña para que su propio campo no tenga ningún efecto en el sistema.

¿Qué es un campo?

Un campo es una región a la que se le asigna un valor en cada punto del espacio. En el caso de las cargas, se llama campo eléctrico porque cuando se introduce una carga, los puntos en el espacio tienen asignados diferentes valores para una cantidad como la intensidad del campo eléctrico o el potencial.

Después de todo, podemos dibujar tantas líneas de campo como queramos para un sistema en particular, pero luego se determina el número de líneas de campo que dibujamos para otros sistemas y debe ser proporcional a las intensidades del campo eléctrico en esos puntos. Las líneas de campo eléctrico solo muestran la dirección del movimiento de una pequeña carga de prueba, mientras que su densidad nos da una pista sobre la intensidad del campo en un punto.

Faraday inventó las líneas de campo eléctrico para visualizar la dirección y la fuerza del campo eléctrico en un espacio determinado. Si bien el campo eléctrico tiene dirección e intensidad en cualquier punto del espacio, la línea de campo eléctrico puede elegirse arbitrariamente para que pase por cualquier punto del campo. El número de líneas de campo por unidad de área que cruzan normalmente es una medida de la fuerza del campo. Puede elegir un número arbitrario y conveniente de líneas de campo para esta visualización

Analicemos una carga puntual para simplificar esto

En primer lugar, debemos entender cómo se transfiere la energía eléctrica, por lo que tendrá que quedarse conmigo por un segundo.

La energía eléctrica se transfiere a través de ondas de fotones, por lo que se cuantifica. Podemos imaginar uno de estos cuantos como la cresta de una onda tridimensional. Piense en una burbuja que se expande en tamaño con el tiempo centrada en nuestra carga puntual (las líneas de campo son básicamente la dirección de propagación de esta onda. Esta es nuestra energía eléctrica, la cantidad de energía contenida en esta burbuja es constante. Esta energía (E*) es una función de la carga (Q) y la "constante de permitividad de vacío "e":

Ahora que (con suerte) entendemos esta ley, analicemos las líneas de campo eléctrico.

Las líneas de campo eléctrico son básicamente flechas que apuntan en la dirección de propagación de la onda, como se muestra arriba. Se utilizan para representar la dirección de la energía (y la fuerza subsiguiente sobre una partícula cargada) que emana (en forma de burbujas de ondas de fotones) desde la carga puntual. Estas líneas están describiendo hacia dónde va una onda, el grosor en estas líneas, entonces, estaría describiendo cuántova allí, podría describir la magnitud del campo eléctrico y un punto con el grosor de las líneas en ese punto si así lo desea, pero esto no es estándar. Cuando hay múltiples cargas involucradas, sus "ondas de energía" pueden interferir de forma constructiva y destructiva, produciendo líneas de campo que ya no son radiales y me resultan un poco más difíciles de dibujar. Las líneas de campo eléctrico son solo una técnica de visualización, no una realidad física en la naturaleza. La cantidad de líneas de campo realmente solo depende de qué tan detallado un "artista" humano quisiera obtener con su visualización de un campo eléctrico. Mi dibujo tiene 8 líneas de campo; esto, sin embargo, solo significa que yo era un holgazán, pero no puede decirte nada sobre el sistema que he descrito. Si intentáramos visualizar todas las POSIBLES líneas de campo en un sistema, terminaríamos tratando de rastrear las velocidades de todos los fotones presentes en un frente de onda; esto no es posible, e incluso si lo fuera, desaconsejaría intentarlo.