¿Qué son los campos eléctricos? Quiero entender más allá de la definición del libro de texto. ¿Cómo puede una carga ejercer influencia remotamente a través del vacío? ¿Qué pasa a nivel de partícula?

¿Qué son los campos eléctricos? Bueno, cuando hablamos de “E y M”, electromagnetismo, no estamos hablando de electricidad y magnetismo. No En cambio, EM se refiere a campos eléctricos y campos magnéticos . Si pensabas que los campos magnéticos eran raros, bueno, los campos magnéticos tienen un extraño hermano escondido en el armario: los campos electrónicos.

Enciende una linterna. La corriente eléctrica en los cables está siendo bombeada por campos electrónicos, por campos eléctricos. Las corrientes solo existen dentro de los metales porque un campo e obliga a las cargas a moverse a través del circuito eléctrico. Una batería es una fuente de campos eléctricos débiles. Débil, pero aún lo suficientemente fuerte como para mover las cargas móviles que se encuentran en el alambre de metal.

Frota un globo sobre un suéter o cabello. Ahora agite el globo alrededor de su cara o brazos. ¿Sientes que sucede algo extraño? ¡Parece haber una fuerza invisible que rodea el globo! Estás experimentando un campo eléctrico; uno fuerte, miles de veces más fuerte que el campo de una batería.

Los campos E (campos eléctricos) son los primos menos conocidos de los campos magnéticos. De vuelta durante nuestros años en la escuela primaria, es lamentable que solo nos hayan enseñado sobre campos magnéticos, pero no sobre campos electrónicos. Los campos eléctricos son un tema completamente fascinante por sí mismos, pero generalmente son desterrados a grados más altos: a clases de física en la escuela secundaria y la universidad. En grados anteriores, los campos electrónicos se ocultan detrás de “voltaje” y “electricidad estática”, por lo que no se les enseña directamente. Aquellos de nosotros que no trabajamos en las clases de ciencias o ingeniería quizás nunca hayamos oído hablar de los campos electrónicos. Sin embargo, los campos electrónicos son tan simples y tan raros como los campos magnéticos.

Podemos hacerlos visibles: use semillas de hierba en un plato de aceite, en lugar de limaduras de hierro en papel. (¡Hmm, tal vez los maestros de quinto grado eviten enseñar campos electrónicos debido al gran desastre del petróleo derramado!) Podemos usar campos electrónicos para construir motores eléctricos simples a partir de botellas de soda y papel de aluminio. Pero la fuente de alimentación es de 10,000 voltios, necesita un generador VandeGraaff o Wimshurst. La mayoría de las escuelas tienen baterías e imanes, pero es posible que no tengan una máquina VDG. Entonces, todos los campos electrónicos se acortan temprano en el aula, cuando todos deberíamos estar aprendiendo sobre ellos.

Has oído hablar de Voltaje, ¿verdad? En pocas palabras, los campos eléctricos son voltaje: voltaje puro sin corriente. Cuando hacemos la pregunta “¿Qué es el voltaje?”, Es básicamente lo mismo que preguntar “¿Qué son los campos electrónicos?” O una versión un poco más precisa: el voltaje es una forma de describir y medir campos eléctricos. No se puede tener voltaje sin tener primero campos e.

Un campo eléctrico rodea las cargas positivas y negativas, de la misma manera que un campo magnético rodea los polos magnéticos norte y sur. En otras palabras, la carga eléctrica son los “polos eléctricos” conectados con los campos electrónicos. Me gusta esto:

CAMPO ELÉCTRICO – – – – – – – – – – CAMPO MAGNÉTICO

“VOLTAJE” – – – – – – – – – – – – “POTENCIAL MAGNÉTICO”

Los campos E son como campos magnéticos en el sentido de que pueden alcanzar un espacio vacío. En un día seco, obtenga un plato de plástico poco profundo y vierta un poco de aceite mineral. Espolvorea algunos trozos oblongos (la semilla de hierba funciona bien). Frota un globo sobre el cabello o la tela para cargarlo. Ahora, sostenga el globo cerca del borde del plato. Todas las semillas de hierba se alinearán para exponer el patrón de campo electrónico que se extiende desde un lado del globo.

Algunas ideas avanzadas

Los campos E son el “dual” de los campos magnéticos, donde el electromagnetismo tiene dos caras opuestas. Enfrente pero conectado. Este concepto extraño aparece en las ondas de radio EM, pero también aparece a través de la física y la electrónica. Los condensadores usan campos e, las bobinas usan campos magnéticos. El voltaje es una medida de campos e, la corriente es una medida de campos magnéticos (piense en amperios-vueltas). Y voltios por amperios es flujo de energía … lo que significa que no podemos tener flujo de energía eléctrica sin tener ambos e- campos y campos magnéticos. Los campos E causan fuerzas eléctricas, los campos magnéticos causan fuerzas magnéticas. Una batería o un condensador es una fuente de campos electrónicos, mientras que un generador o un electroimán es una fuente de campos magnéticos.

¡Un imán permanente recoge hierro y acero, mientras que un “electret permanente” recoge pelusa y pedazos de papel rasgado! 🙂 EFFIN ‘ELECTRETS, ¿CÓMO FUNCIONAN?

El diagrama anterior muestra las líneas de flujo de los campos e y de los campos magnéticos. ¿El diagrama de la izquierda muestra cómo se ve el voltaje? Sí, cerca, pero no exactamente. El voltaje en el espacio siempre aparece perpendicular a las líneas de flujo. Si bien las “líneas de fuerza” del campo e pueden parecer paquetes de cabello, el voltaje en cambio se ve como pilas de papel sobre el cabello, por lo que los “pelos” penetran en las capas de voltaje. En el diagrama anterior, el voltaje aparecería como millones de esferas anidadas que rodean las cargas, donde la superficie de las esferas siempre debe ser perpendicular a las líneas de flujo. Para muchos diagramas de campo electrónico, busque la palabra equipotencial.

Las baterías producen campos electrónicos, entonces, ¿por qué no producen efectos de “electricidad estática”? Simple: las fuerzas de campo electrónico de las baterías son débiles, a menos que el voltaje esté en kilovoltios. Por lo tanto, obtenga mil baterías viejas de 9v y conéctelas en una cadena larga. Eso te da 9,000 voltios. (Bueno, ¡tal vez solo 8kilovoltios o 7kilovoltios, a menos que esté comprando baterías nuevas de 9v!) Los terminales de este gigante Volta Pile harán todo lo que espera: atraerán polvo y pelusas, harán funcionar un motor electrostático, producirán una descarga corona en una habitación oscura, y puede saltar a través de un pequeño espacio. Entonces sí, las baterías y la “electricidad estática” son básicamente lo mismo. Es solo que una batería es como un generador electrostático muy, muy débil.

Maxwell y sus ecuaciones: podemos simplificar a Maxwell de la siguiente manera. Un campo magnético cambiante crea un campo e, y un campo e cambiante crea un campo magnético. Y, un campo e * acelerado * crea un campo magnético * acelerado *. Este último bit es sorprendente, porque significa que, en un espacio vacío, podemos tener campos eléctricos y magnéticos que se causan entre sí, incluso si están lejos de cualquier bobina o condensador.

Y finalmente, un nefasto concepto erróneo. ¿NO SON LOS CAMPOS ELECTRÓNICOS REALMENTE UNA CONVENIENCIA MATEMÁTICA? Algunos libros de texto dicen que sí. ¡Incorrecto! Los campos son reales. Antes de que Faraday propusiera la existencia de campos magnéticos y eléctricos, todos los científicos creían en la “Acción a distancia”. Ellos ridiculizaban los “campos” y, en cambio, creían que los polos magnéticos o las cargas eléctricas se atraerían a través del espacio. Espacio vacío, sin campos presentes. La idea de Faraday no fue aceptada hasta que Maxwell descubrió (matemáticamente) que las ondas de luz estaban hechas de los campos de Faraday. Faraday fue vindicado, y realmente había una especie de “cosas” que rodeaban cada imán de barra y cada copa de espuma de poliestireno frotada. Esa “cosa” podría desprenderse y volar a través de kilómetros de espacio vacío. Sin embargo, todavía hoy hay libros de texto que enseñan la vieja, obsoleta y anterior teoría de la “Acción distante” de Faraday. Hablan como si los campos no existieran; que los campos son realmente solo un artefacto matemático; el número de julios por culombio o algo así. OK, arreglemos esto. Ve a buscar un láser militar. Dispare ese tren de pulsos de megajulios en cualquier libro de texto que aún respalde las vistas obsoletas de los detractores de Michael Faraday en 1840. La luz láser está hecha de campos, “artefactos matemáticos” abstractos … que vaporizarán todo lo que toquen.

Una carga puntual en reposo crea un campo de fuerza en su entorno. Esta fuerza presentada se conoce como campo eléctrico. Puede comprender el campo de fuerza como un campo creado por un imán en su entorno debido a que la pieza de hierro es atraída hacia el imán. Otro ejemplo de campo de fuerza es el campo gravitacional. Por lo tanto, el campo eléctrico es el campo de fuerza creado por una carga estática. Es una cantidad vectorial. Por lo tanto, debe tener magnitud y dirección.

Vector de intensidad de campo eléctrico

La intensidad del campo eléctrico en un punto particular del espacio se define como la fuerza sobre una carga de prueba unitaria. Básicamente, es un parámetro para medir la fuerza del campo eléctrico. Se denota como E. Observe aquí que, +1 C de carga se conoce como carga de prueba unitaria.

Supongamos que, una carga puntual de magnitud + Q se encuentra en algún punto P como se muestra en la figura a continuación. Ahora, queremos encontrar la magnitud y la dirección de la intensidad del campo eléctrico en el punto S. Lea más aquí en Theory of Electric Field – ¿Por qué las líneas de campo eléctrico nunca pueden cruzarse? El | Conceptos electricos

Impresionante pregunta, y una cuya respuesta continúa evolucionando. A fines del siglo XIX, una teoría popular era que los campos electromagnéticos eléctricos, magnéticos y combinados (así como la luz, que es una forma de campo electromagnético) se propagaban por el espacio al interactuar con un “éter luminífero (a)”, a menudo referido más adelante como “el éter”.

Numerosos experimentos (sobre todo el experimento de Michelson-Morley) no pudieron detectar un éter, por lo que la mayoría de los científicos aceptaron esto como prueba de que el éter no existía.

Las teorías de Einstein sobre la relatividad esencialmente demostraron que no había necesidad del éter (especialmente en lo que respecta a un campo fijo en el espacio) si se consideraba que el espacio y el tiempo estaban estrechamente vinculados, de modo que la gravedad y otras “fuerzas a distancia” podrían describirse en términos de curvatura del espacio-tiempo en sí, aunque Einstein supuso que todavía podría haber algún campo misterioso involucrado.

Ahora (a principios del siglo XXI) los físicos han descubierto el bosón de Higgs (o, al menos, evidencia muy fuerte de que existe). La teoría más reciente involucra un campo misterioso llamado “Campo de Higgs”, a través del cual la mayoría, si no todas, las partículas interactúan y viajan a través del espacio. El campo de Higgs se teoriza para dar su masa a las partículas con masa, y también se teoriza para dar a las partículas en movimiento su energía cinética. En cuanto a las “partículas” sin masa (como el fotón), muchos creen que puede estar involucrado otro Campo de Higgs.

Muchos científicos detestan comparar el Campo de Higgs con el éter (los científicos odian que se demuestre lo contrario), ¡pero muchos otros no pueden resistirse!

No sabía la respuesta a esto, pero después de un poco de investigación creo que tengo una idea (muy básica) de lo que es.

Los átomos y las moléculas son neutrales. Esto significa que tienen el mismo número de electrones y protones, y por lo tanto tienen una carga neutra. Lo que sucede en una carga eléctrica es que hay una transferencia de electrones de un átomo / molécula a otro, creando una reacción en cadena que altera la neutralidad de todo el sistema. Tenga en cuenta que la carga eléctrica total no cambia, simplemente transferimos las cargas, también conocida como conservación de la carga. Así creamos un exceso de electrones en un lugar y una deficiencia de electrones en otro. El resultado de esta deficiencia y exceso es la carga. Los objetos con más electrones están cargados negativamente, y viceversa. ¿Por qué no se desplazan los protones en su lugar? Es MUCHO más fácil cambiar electrones ya que son más móviles.

La fuerza causada por la carga (como resultado de la transferencia de cargas a través de la transferencia de electrones) se conoce como el campo eléctrico. Los electrones dentro del campo adquieren energía y, por lo tanto, están sujetos a las fuerzas del campo. ¿Trascendencia?

“Si se mueven en un cable metálico (el campo es provisto por una batería) pierden energía cinética por colisiones con los átomos del material, que a su vez se calienta. Si se aceleran en una cavidad cerrada evacuada hueca (como en un magnetrón) irradian su energía en forma de microondas. Si están oscilando (y acelerando así) en una antena aérea u otra antena, irradian su energía en forma de ondas de radio, que cuando estas encuentran otra antena, hace que los electrones oscilen (transfiriendo así su energía de forma remota a través del espacio vacío a la velocidad de la luz) ”

Espero que esto responda la pregunta, aunque sería más feliz si alguien con más experiencia puede confirmarme o corregirme.

El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. Se considera que la dirección del campo es la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga de prueba positiva. El campo eléctrico está radialmente hacia afuera desde una carga positiva y radialmente hacia una carga puntual negativa.

Volt Edge

La intensidad del campo eléctrico se mide en unidades de newtons / coulomb.

Campos eléctricos estáticos

Los campos eléctricos estáticos, o campos electrostáticos , son producidos por cargas estacionarias y no están acoplados a los campos magnéticos. Es posible que haya experimentado este mismo fenómeno cuando las prendas se aferran entre sí durante la extracción de la secadora. Los rayos también son causados ​​por el campo eléctrico estático muy fuerte entre una nube y la Tierra.

Campo eléctrico dinámico

Hemos observado la transición de la formación de dominio de campo eléctrico estático a dinámico inducida por un campo magnético transversal y la temperatura de la muestra en una superred de GaAs / AlAs dopada. Las observaciones pueden explicarse muy bien mediante un análisis general de inestabilidades y oscilaciones de la corriente de túnel secuencial en superredes basadas únicamente en la magnitud de la región de resistencia diferencial negativa en la característica de túnel de una sola barrera. Tanto el aumento del campo magnético como la temperatura de la muestra cambian la resistencia diferencial negativa y provocan la transición entre la formación de dominio de campo eléctrico estático y dinámico.

Bogdan – Comparto su asombro por lo que realmente es un campo eléctrico; es decir, más allá del simple medio de predecir resultados.

No estoy satisfecho con las respuestas hasta ahora. Me hubiera gustado pedirle a Richard Feynman que lo explicara. Si alguien pudiera hacerlo en términos simples desde un punto de vista único, habría sido él.

Creo que la clave para comprender el misterio de la acción a distancia dentro de un vacío es reconocer que un vacío no es nada; más bien, contiene cosas. Eso es lo que permite la conductividad (por así decirlo) de las fuerzas a través de lo que previamente habíamos pensado erróneamente como nada.

Ahora todo lo que necesitamos es que alguien explique esta COSA y su naturaleza y medios de acción.

Una región alrededor de una partícula u objeto cargado con el que se aplicará una fuerza sobre otras partículas u objetos cargados.
El campo eléctrico es un componente del campo electromagnético. Es un campo vectorial, y se genera mediante cargas eléctricas o campos magnéticos que varían en el tiempo como se describe en las ecuaciones de Maxwell. El concepto de un campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday.

El campo eléctrico es generado por partículas cargadas eléctricamente y campos magnéticos que varían con el tiempo. El campo eléctrico describe la fuerza eléctrica experimentada por una partícula de prueba con carga eléctrica inmóvil en cualquier punto del espacio en relación con la (s) fuente (s) del campo.

El campo eléctrico a una distancia r de una carga puntual Q viene dado por:

Campo eléctrico desde una carga puntual: E = k Q / r (al cuadrado)

En este momento está experimentando un campo gravitacional uniforme: tiene una magnitud de 9.8 m / s2 y apunta hacia abajo. Si arrojas una masa por el aire, sabes que seguiría un camino parabólico debido a la gravedad. Puede determinar cuándo y dónde aterrizaría el objeto haciendo un análisis de movimiento de proyectil, separando todo en componentes x e y. La aceleración horizontal es cero, y la aceleración vertical es g. Sabemos esto porque un diagrama de cuerpo libre muestra solo mg, actuando verticalmente y aplicando la segunda ley de Newton nos dice que mg = ma, entonces a = g.

Puede hacer lo mismo con cargas en un campo eléctrico uniforme. Si lanza una carga en un campo eléctrico uniforme (la misma magnitud y dirección en todas partes), también seguiría un camino parabólico. Vamos a descuidar la gravedad; La parábola proviene de la fuerza constante que experimenta la carga en el campo eléctrico. Nuevamente, podría determinar cuándo y dónde aterrizaría la carga haciendo un análisis de movimiento de proyectil. La aceleración es nuevamente cero en una dirección y constante en la otra. El valor de la aceleración se puede encontrar dibujando un diagrama de cuerpo libre (una fuerza, F = qE) y aplicando la segunda ley de Newton. Esto dice:

qE = ma, entonces la aceleración es a = qE / m. Productos electricos y cables

El concepto de un campo eléctrico fue introducido por Michael Faraday . El campo eléctrico se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga. Se considera que la dirección del campo es la dirección de la fuerza que ejercería sobre una carga de prueba positiva. El campo eléctrico está radialmente hacia afuera desde una carga positiva y radialmente hacia una carga puntual negativa.

Un campo eléctrico es la fuerza que llena el espacio alrededor de cada carga eléctrica o grupo de cargas. Los campos eléctricos son causados ​​por fuerzas eléctricas . Las fuerzas eléctricas son similares a las fuerzas gravitacionales en que actúan entre cosas que no están en contacto entre sí. Los campos eléctricos también son análogos a los campos magnéticos resultantes de las fuerzas que actúan sobre sustancias magnéticas o polos magnéticos. Las ondas electromagnéticas tienen tanto un campo eléctrico como un campo magnético que están acoplados entre sí. Los campos eléctricos son estáticos o dinámicos. Matemáticamente, la magnitud (fuerza) de un campo eléctrico en cualquier punto se define por la fuerza experimentada por la carga en ese punto dividida por la carga ( E = F / q ). La intensidad del campo eléctrico se mide en unidades de newtons / coulomb.
Campos eléctricos estáticos
Los campos eléctricos estáticos, o campos electrostáticos , son producidos por cargas estacionarias y no están acoplados a los campos magnéticos. Es posible que haya experimentado este mismo fenómeno cuando las prendas se aferran entre sí durante la extracción de la secadora. Los rayos también son causados ​​por el campo eléctrico estático muy fuerte entre una nube y la Tierra.
El campo eléctrico tiene una dirección clara e intensidad específica en cada punto dentro del campo. Esto se debe al hecho de que la fuerza ejercida sobre cualquier carga particular varía en magnitud y dirección de un punto a otro dentro del campo. Los campos eléctricos están representados por líneas de la misma manera que los campos magnéticos.

Las emanaciones fluyen de los electrones continuamente a la velocidad de la luz. Estas emanaciones cambian el espacio para que otros electrones experimenten una fuerza. La fuerza se debilita a grandes distancias, a medida que disminuye la densidad de las emanaciones. Lo que llamamos campo eléctrico es solo la fuerza sobre una carga debido a las emanaciones, dividida por la carga de electrones.

El campo eléctrico es algo que existe en todo el espacio, y solo las cargas pueden interactuar con él.

El campo eléctrico es algo que se usa para ayudar a describir “acción a distancia”.

Imagine dos cargas separadas entre sí, ambas cargas experimentan una fuerza, sin embargo, no se tocan. El campo eléctrico es necesario para describir por qué experimentan una fuerza.

La intensidad del campo eléctrico se define como la fuerza experimentada por carga Q, que se sienta en ese campo.
E = F / Q

El flujo eléctrico se puede ver como un flujo de agua.
Aquí el flujo (flujo) de agua es la cantidad de agua que pasa a través de un área.

Al igual que con el agua, el flujo eléctrico es la cantidad de campo eléctrico que pasa por un área.
Cuanto más fuerte es el campo eléctrico, mayor es el flujo, por unidad de área.
Imagine el flujo como un flujo del campo eléctrico.

Flujo = E * A

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Puedes pensar en el campo eléctrico como la gravedad. La analogía con el sonido no es apropiada, un campo no es una onda y no necesitaba viajar. el campo eléctrico explica por qué las cargas negativas son atraídas por cargas positivas (de la misma manera que una masa es atraída por la gravedad. Matemáticamente hablando y a través de las ecuaciones de Maxwell Gauss, el campo eléctrico es creado por una carga eléctrica.

Echa un vistazo a los siguientes enlaces:
Campo eléctrico
CAMPO ELÉCTRICO-INTENSIDAD ELÉCTRICA-LÍNEAS ELÉCTRICAS DE FUERZA-INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO

En una imagen simplificada, un campo (gravitacional, eléctrico, magnético) describe en un formalismo matemático las fuerzas que actúan sobre un objeto si coloca el objeto en el campo. Un campo eléctrico describiría qué fuerzas actúan si coloca una carga negativa (digamos un electrón) en el campo. La ecuación de campo describe las fuerzas que actúan en el tiempo (es por eso que son ecuaciones diferenciales en el espacio y el tiempo). Conociendo las fuerzas, puede calcular de manera asertiva el movimiento de esa carga en este campo.
Las mismas advertencias: dado que el electrón en sí es una carga eléctrica, impactará (cambiará) el campo. El campo en sí mismo, por supuesto, solo puede existir si hay algo allí que lo crea, es decir, las cargas eléctricas. En resumen, un campo eléctrico es una forma abstracta de calcular las fuerzas que actúan sobre las cargas en este campo. Mientras que un campo ciertamente “existe”, no hay nada como una partícula o una masa que constituiría el campo.

Intercambio de fotones virtuales. Virtual, a una aproximación cero, porque si realmente fuera algo más que la partícula cargada, no funcionarían más.

Pregúntale a Carl Friedrich Gauss o Michael Faraday .

Una enciclopedia en línea lo llevará fácilmente de cualquiera de estos genios a su respuesta,

Con el campo En gravitación, un cuerpo experimentará una fuerza gravitacional. Con un campo magnético, un imán experimentará una fuerza magnética. Igual que en un campo eléctrico, una carga / cargas sentirá fuerza eléctrica. Se define como la fuerza eléctrica por unidad de carga en términos estrictos.

Simplemente, es la región donde se puede sentir la fuerza eléctrica.