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
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
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.