Campos de fuerza eléctrica y la importancia de la dirección y el espaciado de las flechas

Campos de fuerza en la vida real

El otro día, estaba viendo una película de ciencia ficción donde una estación espacial estaba rodeada por un campo de fuerza invisible que la protegía de los ataques. Este sería un gran invento para tener en la vida real, pero todos sabemos que los campos de fuerza realmente no existen, ¿verdad? Bueno, tal vez no sean lo suficientemente fuertes para proteger una estación espacial, pero no son tan descabellados cuando nos encogemos hasta el nivel atómico. Verá, las partículas cargadas eléctricamente, como los protones y los electrones, de hecho tienen campos de fuerza invisibles que las rodean. En esta lección, hablaremos sobre esos campos y la forma en que los científicos usan diagramas para representarlos.

Entendiendo la fuerza eléctrica

Antes de hablar de campos de fuerza eléctrica, necesitamos revisar algunas de las características de la fuerza eléctrica. Todas las partículas cargadas eléctricamente ejercen una fuerza sobre otras partículas cargadas. Si las dos partículas tienen el mismo tipo de carga, como dos electrones, entonces la fuerza será repulsiva y tratará de separarlas. Por otro lado, si las dos partículas tienen cargas opuestas, como un protón y un electrón, entonces la fuerza será atractiva e intentará unir las partículas.

La fuerza de la fuerza depende mucho de la distancia entre las partículas cargadas. La fuerza es muy débil cuando las partículas están muy separadas, pero se vuelve mucho más fuerte a medida que se acercan. Otra cosa a tener en cuenta es que la fuerza actúa por igual en todas las direcciones, razón por la cual usamos el término campo . Un campo de fuerza eléctrica es solo el espacio que rodea a una partícula cargada donde otras partículas cargadas experimentarán una fuerza.

La fuerza de la fuerza depende de la distancia entre las partículas.

Diagramas de campo eléctrico

Los científicos a menudo usan diagramas para ayudarnos a visualizar conceptos que en realidad no podemos ver. Para hacer el diagrama de un campo de fuerza eléctrica, comenzamos con un círculo que representa nuestra partícula cargada. A continuación, necesitamos una forma de representar la fuerza que nuestra partícula ejerce sobre otras partículas. El problema con el que nos encontramos es que nuestra partícula puede repeler o atraer otras partículas dependiendo de si tienen cargas similares u opuestas. Para mostrar estos dos escenarios, en realidad usamos dos diagramas separados, uno con flechas apuntando desde el círculo y el otro con flechas apuntando hacia adentro. Las flechas se llaman líneas de campo y simplemente indican si la partícula se repele o atrae.

Ahora, ¿qué pasaría si quisiéramos que uno de estos diagramas representara un protón? En este punto, no tenemos suficiente información para decidir porque un protón puede ejercer una fuerza de atracción o de rechazo dependiendo del tipo de carga de la otra partícula. Los científicos reconocieron este problema, por lo que se les ocurrió una regla que todos seguirían al dibujar diagramas de campo eléctrico. Esa regla establece que las líneas de campo siempre apuntan en la dirección de la fuerza experimentada por una partícula cargada positivamente colocada en el campo. Suena confuso al principio, pero en realidad es bastante simple cuando lo dibujamos. Volvamos a nuestros dos diagramas de repeler y atraer fuerzas. ¿Cuál de estos representaría un protón? Sabemos que los protones repelen a otros objetos cargados positivamente, por lo que las líneas de campo señalarían hacia afuera y hacia afuera. Por otra parte, un electrón atraería un objeto con carga positiva, por lo que las líneas de campo apuntarían hacia adentro. Aunque es bueno conocer la regla, puede saltar directamente a la conclusión de que si ve un diagrama con las líneas de campo apuntando, siempre representa una partícula cargada. Del mismo modo, las líneas de campo que apuntan hacia adentro siempre representan una partícula cargada negativamente.

Las líneas de campo de protones señalan y las líneas de campo de electrones apuntan hacia adentro.

Con toda esta charla sobre la dirección de la línea de campo, apuesto a que ni siquiera se dio cuenta de que nuestro diagrama también nos dice algo sobre la fuerza de la fuerza. Observe el espaciado de las líneas de campo. Cerca de la partícula, las líneas comienzan muy cerca, lo que indica que la fuerza es muy fuerte. A medida que nos movemos hacia afuera, las líneas se separan más, lo que indica que la fuerza es más débil. Esto es exactamente lo que aprendimos antes, que la fuerza entre las partículas es más fuerte cuando las partículas están juntas y se debilita a medida que se separan.

Resumen de la lección

En resumen, todas las partículas cargadas eléctricamente ejercen una fuerza sobre otras partículas cargadas eléctricamente. Las cargas opuestas se atraen, mientras que las cargas similares se repelen. La fuerza entre las partículas cargadas depende en gran medida de la distancia entre ellas. La fuerza aumenta a medida que disminuye la distancia entre las partículas. La fuerza que ejerce una partícula cargada sobre otras partículas cargadas es igual en todas las direcciones.

Un campo de fuerza eléctrica es el espacio que rodea a una partícula cargada donde otras partículas cargadas experimentarán una fuerza. Los científicos usan diagramas para representar el campo de fuerza eléctrica que rodea a una partícula cargada. Cuando las líneas de campo apuntan en dirección opuesta a la partícula, el diagrama representa una carga positiva. Cuando las líneas de campo apuntan hacia la partícula, el diagrama representa una carga negativa. Finalmente, el espaciado de las líneas de campo representa la fuerza del campo, que es más fuerte cerca de la partícula y se debilita más lejos.

Resultado de aprendizaje

Al trabajar esta lección, debería poder:

• Identificar partículas cargadas eléctricamente como fuerza positiva o negativa.
• Simboliza esta fuerza con flechas apuntando hacia adentro o hacia afuera
• Explique que la fuerza es más fuerte cuanto más cerca están las partículas.