CAMPO ELÉCTRICO

Ya hemos visto en posts anteriores cómo fue descubierta la naturaleza esencial de la fuerza eléctrica con el experimento que Charles-Agustin de Coulomb realizó utilizando una balanza de torsión. Hemos visto como esa fuerza surge de la presencia de dos distribuciones de carga, de signo igual o opuesto,  que idealmente podemos imaginar concentradas en un punto material, y experimentalmente se suelen extender en dos esferas metálicas.

Una nueva visión de la interacción electrostática (la que se debe a cargas fijas en puntos del espacio) fue dada por Micheal Faraday durante la primera mitad del siglo XIX y de ella derivó el concepto de campo eléctrico. Faraday, ilustre científico, se abrió paso en la comprensión de los fenómenos eléctricos y magnéticos de la mano de su extraordinaria intuición, la que le permitía visualizar los fenómenos con el poder de su imaginación y verificarlos con su sentido común, prescindiendo de la herramientas matemáticas que por otro lado no estaban a su alcance por su escasa formación académica.

Faraday, que fue introducido en el mundo científico de la mano del célebre químico Humphey Davy, ofreciéndose voluntariamente para desempeñar las más bajas tareas necesarias en la Royal Society de Londres, aportó la idea de acción a distancia, para explicar la influencia entre dos cargas eléctricas, aunque su idea era fácilmente extensible a la influencia entre dos masas, polos magnéticos o cualquier otra interacción entre dos partes que disminuyera con el cuadrado de la distancia.

La acción a distancia se basaba en la concepción de que una carga creaba una influencia en cualquier punto del espacio que era susceptible de influir sobre cualquier otra carga (de prueba) que estuviera colocada ahí. Es decir, que Faraday imaginó la causa de la fuerza eléctrica como un hecho en sí separada de su efecto, asociándola a una única distribución de cargas, y lo llamó campo eléctrico. Imaginó ese campo eléctrico como un campo vectorial; es decir, un campo que se distribuía sobre cualquier punto del espacio al que asociaba un vector, el cuál señalaba la dirección y la intensidad con la que una carga de prueba (de valor unitario) reaccionaría a la carga origen. Uniendo todos esos vectores en el espacio se imaginó la existencia de unas líneas de campo, las cuales debían satisfacer ciertas condiciones, como:

·         nunca se cruzaban entre sí

·         todas se dirigían radialmente hacia el exterior si partían de una carga positiva puntual (fuente)

·         todas se dirigían radialmente hacia el interior en las proximidades de una carga negativa puntual (sumidero)

·         tenía mayor intensidad donde las líneas de campo se juntaban, y menor intensidad donde se alejaban unas de otras.

En los dos vídeos de la colección El Universo Mecánico adjuntos a esta entrada podemos ver unas muy buenas recreaciones de estas líneas de campo y su influencia sobre una carga de prueba unitaria para diferentes distribuciones de cargas origen. Además de introducirnos al genio de Faraday, cuya visión intuitiva de las líneas del campo eléctrico ayudó al desarrollo de la teoría electromagnética, también se expone otro avance mucho más formal y teórico para la descripción en términos matemáticos del campo eléctrico (y para el gravitatorio): el teorema de Gauss. En efecto, Carl Friedrich Gauss aportó el genio matemático que complementó el genio intuitivo de Faraday a la perfección.

Finalmente, otro genio matemático, James Clerk Maxwell, sintetizó todas las leyes, no solamente de la electrostática, sino también del magnetismo, en unas pocas ecuaciones, las cuales incluían el teorema de Gauss y la ley de inducción de Faraday-Lenz. Pero todo esto se verá más adelante. Tampoco pretende este blog ahondar en el desarrollo matemático parejo al científico, por lo que no se debe preocupar el neófito si alguno de los conceptos introducidos en esta entrada o en los vídeos adjuntos se le escapan un poco. Y si fuera así, pero te pudiera la curiosidad, ya sabes, siempre puedes preguntar dejando un comentario.