Camp elèctric

El camp elèctric descriu com les càrregues font modifiquen l’espai que les envolta. Un cop conegut el camp, la força sobre qualsevol càrrega de prova es dedueix immediatament; així se separen les propietats de les fonts de les de la càrrega que les sondeja.

Camp: força per unitat de càrrega positiva

E⃗ = F⃗/q   ·   F⃗ = qE⃗

La unitat SI és N C⁻¹, equivalent a V m⁻¹. La direcció d’E⃗ és la que seguiria la força sobre una càrrega positiva. Si q és negativa, F⃗=qE⃗ apunta en sentit contrari. Aquesta definició evita atribuir al camp una direcció que depengui de la càrrega que hi col·loquem.

Camp d’una càrrega puntual

+−Q positiva: camp cap enforaQ negativa: camp cap endins
El signe de la font fixa el sentit del camp.

E = k|Q|/r²,   k = 8,9875517923 × 10⁹ N m² C⁻²

Per una càrrega puntual Q, el mòdul disminueix com 1/r². El camp surt d’una Q positiva i entra cap a una Q negativa. La fórmula és ideal per a càrregues petites respecte de la distància d’observació i, fora d’una distribució esfèrica, també s’aplica com si tota la càrrega fos al centre.

Calculadora de camp puntual

Superposició: els camps se sumen vectorialment

E₁E₂resultant
La superposició exigeix sumar vectors.

Amb diverses fonts, cada una genera el seu propi vector camp i el camp total és la suma vectorial. Cal sumar components, no mòduls, tret que els vectors siguin colineals. Les simetries poden fer que components iguals es cancel·lin o es reforcin.

Com llegir les línies de camp

Les línies de camp són una representació, no fils físics. Surten de càrregues positives i acaben en negatives o a l’infinit; la tangent indica E⃗ i una major densitat de línies representa un camp més intens. No es creuen, perquè un punt no pot tenir dues direccions de camp diferents.

Camp, força i moviment

Una càrrega q en un camp E⃗ té acceleració a⃗=qE⃗/m. En l’ideal de càrrega de prova, aquesta no modifica les fonts. En equilibri electrostàtic, el camp dins del material conductor és nul, l’excés de càrrega queda a la superfície i el camp immediatament exterior és perpendicular a aquesta.

Exemples resolts

1. Camp d’una càrrega puntual

Quin camp produeix +3,0 nC a 0,20 m?

Solució

E=kQ/r²≈674 N C⁻¹, dirigit radialment cap enfora.

2. Força sobre una càrrega de prova

Una càrrega de −2,0 μC és en un camp de 300 N/C cap a l’est. Quina força rep?

Solució

|F|=|q|E=6,0×10⁻⁴ N i, com que q és negativa, la força apunta cap a l’oest.

3. Punt mig

Quin és el camp al punt mig entre dues càrregues positives iguals?

Solució

Els dos camps tenen el mateix mòdul i sentits oposats; per tant E=0 exactament al punt mig.