¿Por qué la fórmula de un campo eléctrico tiene una carga de prueba, aunque no depende de ella?

Una carga de prueba es un modelo idealizado de una carga cuyas otras propiedades se suponen insignificantes, excepto la carga que se examina, que se considera insuficiente para alterar el comportamiento de los campos electromagnéticos, E y B, en cuestión.

El concepto de una carga de prueba, q_test, simplifica los problemas electromagnéticos y proporciona una buena aproximación a los fenómenos físicos reales.

Un campo eléctrico se define por:

E = (kq / r ^ 2) * r, donde la r fuera del paréntesis es una cantidad vectorial.

Multiplicar el campo eléctrico por una carga de prueba, q_test, produce una fuerza eléctrica ejercida por el campo eléctrico, E, en una carga de prueba:

F = E * q_test.

Tanto la fuerza, F, como el campo eléctrico, E, son cantidades vectoriales, por lo que una carga de prueba positiva, q_test, experimentará una fuerza en la dirección del campo eléctrico, E.

En un campo magnético, B, el comportamiento de una carga de prueba, q_test, está determinado por los efectos de la relatividad especial descrita por:

La fuerza de Lorentz, la combinación de fuerza eléctrica y magnética en una carga puntual debido a campos electromagnéticos. Una partícula de carga, q_test, que se mueve con velocidad, v, sobre la cual actúa un campo eléctrico, E, un campo magnético, B, experimenta una fuerza:

F = q_test * E + q_test * vx B, donde “x” es el producto cruzado).

En el caso del campo magnético, B (debido a las propiedades del producto cruzado), una carga de prueba positiva se desviará en sentido horario si se mueve perpendicular a un campo magnético que apunta hacia usted, y en sentido antihorario si se mueve perpendicular a un campo magnético dirigido lejos de ti, es decir, la regla de la mano derecha.

La teoría de la electricidad evolucionó a partir de conceptos mecánicos en los que había fuerzas. La idea de usar campos surgió más tarde y el campo se definió como la fuerza sobre una carga unitaria. Al hacer cálculos de campos, también se desea conocer el potencial y eso se calcula fácilmente como el trabajo que el campo realizaría sin una carga unitaria. En todas estas definiciones, el cargo es ficticio porque un cargo real puede causar redistribuciones de los otros cargos y modificar el campo. Para enfatizar que esto no es una carga real, se llama “carga de prueba”.

La carga de prueba se utiliza porque el campo se define como la fuerza experimentada por una carga unitaria a cierta distancia de la carga conocida. En realidad, el campo o las líneas de campo son conceptos utilizados en física para analizar mejor una situación y ayudar a evaluarla más fácilmente. Es solo para hacer cálculos e hipótesis fáciles.

Si la fuerza experimentada por una carga de prueba q (0) en un campo eléctrico E es F , decimos que el campo eléctrico es E = F / q (0)

Esta es solo una forma conveniente de definir el campo. El cargo de prueba puede tomarse como q o lo que desee.

¡No tiene un cargo de prueba!
Su confusión puede venir del hecho de que la ‘fórmula para el campo eléctrico’ – kq / (r ^ 2) tiene una carga. Esto, sin embargo, no es una carga de prueba: es la carga de origen. Después de todo, necesita saber qué está generando el campo eléctrico para encontrar la fuerza del campo.