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Campo eléctrico y ley de Coulomb

Física

Conceptos clave

La ley de Coulomb da la fuerza entre dos cargas eléctricas.
Un campo eléctrico es la región donde una carga siente una fuerza.
La intensidad del campo es la fuerza por unidad de carga.
Las cargas iguales se repelen; las opuestas se atraen.

Ley de Coulomb

$F = \dfrac{kq_1q_2}{r^{2}}$ .
$k = 8{,}99\times10^{9}\,\text{N m}^2\text{C}^{-2}$ (constante de Coulomb).
Va con $1/r^{2}$ ; puede ser atractiva o repulsiva según los signos.

Intensidad del campo eléctrico

$E = \dfrac{F}{q}$ (fuerza por unidad de carga), en N C⁻¹.
Es un vector: apunta en la dirección de la fuerza sobre una carga positiva.
Sale de las cargas positivas y entra en las negativas.

Campo de una carga puntual

$E = \dfrac{kq}{r^{2}}$ .
$q$ = carga que crea el campo; $r$ = distancia a ella.
Disminuye con el cuadrado de la distancia.

Líneas de campo

Salen de las cargas + y entran en las −.
Están más juntas donde el campo es más intenso.
Nunca se cruzan; llegan perpendiculares a la superficie de un conductor.

Ejemplo resuelto

Problema: halla la fuerza entre dos cargas de $2{,}0\times10^{-6}\,\text{C}$ separadas 0,10 m.
$F = \dfrac{kq_1q_2}{r^{2}} = \dfrac{8{,}99\times10^{9}\times(2{,}0\times10^{-6})^{2}}{0{,}10^{2}}$ .
$F = \dfrac{8{,}99\times10^{9}\times4{,}0\times10^{-12}}{0{,}01} \approx 3{,}6\,\text{N}$ (repulsiva).

En el examen IB

La ley de Coulomb y $E=F/q$ son análogas a la gravedad (pero con carga y con signo).
La fuerza va con $1/r^{2}$ ; el signo indica atracción o repulsión.
Error frecuente: olvidar el cuadrado de $r$ o el signo de las cargas.
El campo se define para una carga de prueba positiva.