Campo eléctrico

[1]​ Se puede describir como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valorLa unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m), o, en unidades básicas, kg·m·s−3·A−1, y la ecuación dimensional es MLT-3I-1.La definición más intuitiva del campo eléctrico se puede dar mediante la ley de Coulomb.Esta ley, una vez generalizada, permite expresar el campo entre distribuciones de carga en reposo relativo.Sin embargo, para cargas en movimiento se requiere una definición más formal y completa; se requiere el uso de cuadrivectores y el principio de mínima acción.Debe tenerse presente de todas maneras que desde el punto de vista relativista, la definición de campo eléctrico es relativa y no absoluta, ya que observadores en movimiento relativo entre sí medirán campos eléctricos o "partes eléctricas" del campo electromagnético diferentes, por lo que el campo eléctrico medido dependerá del sistema de referencia escogido.) La ley anterior presuponía que la posición de una partícula en un instante dado hace que su campo eléctrico afecte en el mismo instante a cualquier otra carga.En ese contexto se pensó que el campo eléctrico no solo era un artificio matemático sino un ente físico que se propaga a una velocidad finita (la velocidad de la luz) hasta afectar a otras partículas.[1]​ Así, el campo eléctrico es una distorsión electromagnética que sufre el espacio-tiempo debido a la presencia de una carga.Considerando esto se puede obtener una expresión del campo eléctrico cuando este solo depende de la distancia entre las cargas (caso electrostático): (7), la que es una de las definiciones más conocidas acerca del campo eléctrico.Para una distribución continua de cargas el campo eléctrico viene dado por:Así se encuentra la definición más general para el campo eléctrico:[2]​ (5)La ecuación (5) brinda mucha información acerca del campo eléctrico.Por un lado, el primer término indica que un campo eléctrico es producido por la variación temporal de un potencial vectorial descrito como[2]​ Matemáticamente un campo se describe mediante dos de sus propiedades: su divergencia y su rotacional.[1]​ Para conocer una de las propiedades del campo eléctrico se estudia qué ocurre con el flujo de este al atravesar una superficie "gaussiana" cerrada, es decir una superficie tal que en cada trozo infinitesimal de superficie esté bien definida su orientación.Aplicando la ecuación (7) en (8) y analizando el flujo a través de una superficie cerrada se encuentra que: (9)La ecuación (9) es conocida como la ley integral de Gauss y su forma derivada es: (10)Esto indica que el campo eléctrico diverge hacia una distribución de carga; en otras palabras, que el campo eléctrico comienza en una carga y termina en otra.Aplicando el teorema de Stokes se encuentra la forma diferencial: (14)Si el campo es estacionario, la parte derecha de la ecuación (13) y (14) no tiene sentido, por lo que se anula: (15)Además, por el cálculo diferencial, se sabe que un campo cuyo rotacional es cero puede ser descrito mediante el gradiente de una función escalarLas líneas de campo son líneas perpendiculares a la superficie del cuerpo, de manera que su tangente geométrica en un punto coincide con la dirección del campo en ese punto.Esto es una consecuencia directa de la ley de Gauss, es decir encontramos que la mayor variación direccional en el campo se dirige perpendicularmente a la carga.Al unir los puntos en los que el campo eléctrico es de igual magnitud, se obtiene lo que se conoce como superficies equipotenciales, son aquellas donde el potencial tiene el mismo valor numérico.El campo eléctrico creado por una carga puntual presenta isotropía espacial, en cambio, el campo creado por una carga en movimiento tiene un campo más intenso en el plano perpendicular a la velocidad de acuerdo a las predicciones de la teoría de la relatividad.Esto sucede porque para un observador en reposo respecto a una carga que se mueve con velocidad uniforme la distancia en la dirección del movimiento de la carga serán menores que las medidas por un observador en reposo respecto a la carga, por efecto de la contracción de Lorentz, suponiendo que la carga se mueve a lo largo del eje X de observador tendríamos la siguiente relación de coordenadas entre lo medido por el observador en movimiento respecto a la cargaY por tanto el campo eléctrico medido por un observador en movimiento respecto a la carga será: (19)y tiene una variación 1/R que representa la intensidad decreciente de una onda esférica de radiación electromagnética, ya que las cargas en movimiento acelerado emiten radiación.