Campo eléctrico y sus propiedades

Definición

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica.[1] Matematicamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor  sufre los efectos de una fuerza eléctrica  dada por la siguiente ecuación:



Descripción del campo eléctrico
Matematicamente un campo se lo describe mediante dos de sus propiedades, su divergencia y su rotacional. La ecuación que describe la divergencia del campo eléctrico se la conoce como ley de Gauss y la de su rotacional es la ley de Faraday.

Ley de Gauss
.
Para conocer una de las propiedades del campo eléctrico se estudia que ocurre con el flujo de éste al atravesar una superficie. El flujo de un campo  se lo obtiene de la siguiente manera:


donde  es el diferencial de area en dirección normal a la superficie.

(9)
 es la carga encerrada en esa superficie. La ecuación (9) es conocida como la ley integral de Gauss y su forma derivada es

(10)
Donde  es la densidad volumétrica de carga. Esto indica que el campo eléctrico diverge haciauna distribución de carga; en otras palabras, que el campo eléctrico comienza en una carga y termina en otra.
Esta idea puede ser visualizada mediante el concepto de líneas de campo. Si se tiene una carga en un punto, el campo eléctrico estaría dirigido hacia la otra carga.


Ley de Faraday
En 1801, Michael Faraday realizó una serie de experimentos que lo llevaron a determinar que los cambios temporales en el campo magnético inducen un campo eléctrico. Esto se conoce como la ley de Faraday. La fuerza electromotriz, definida como el rotacional a través de un diferencial de línea esta determinado por:

(11)
Donde el signo menos indica la Ley de Lenz y  es el flujo magnético en una superficie, determinada por:

(12)
Reemplazando (12) en (11) se obtiene la ecuación integral de la ley de Faraday:

(13)
Aplicando el teorema de Stokes se encuentra la forma diferencial:

(14)
La ecuación (14) completa la descripción del campo eléctrico, indicando que la variación temporal del campo magnético induce un campo eléctrico.

Fuentes

https://negro035.blogspot.mx/2012/06/campo-electrico.html
https://intelectomundial.blogspot.mx/p/campo-electrico-toda-carga-electrica_09.html
1.1.3. Electromagnetismo: estudio de la relación o combinación entre las corrientes eléctricas y los fenómenos magnéticos. Una carga eléctrica crea un campo eléctrico; si esa carga eléctrica se mueve, crea además un campo magnético estático o variable. Así podemos definir el electromagnetismo como

campo eléctrico + campo magnético = electromagnetismo

1.1.4. Contaminación electromagnética: se refiere a la existencia de campos electromagnéticos provocados artificialmente, es decir, presencia en el medioambiente de campos electromagnéticos artificiales.

1.2. Origen

Los campos electromagnéticos tienen diversas procedencias, ya que pueden tener un origen humano voluntario o involuntario, o bien ser de origen natural.

Algunos CEM son generados a propósito por nosotros, debido a su gran utilidad en el mundo de las comunicaciones (teléfonos móviles, radios, radares, mandos a distancia, conexiones inalámbricas…), otros son generados de forma involuntaria a causa de otra actividades humanas, que generan de forma secundaria estos CEM, por el simple hecho de usar corriente eléctrica en desplazamientos (torres de alta tensión,transformadores eléctricos, algunos electrodomésticos…).

Pero los CEM no son un invento o un producto del ser humano, antes de que llegáramos a la Tierra ya existían CEM de origen natural. Así, existe un campo eléctrico natural de la Tierra, un campo magnético terrestre y una radioactividad natural procedente del Sol y del espacio exterior: radiaciones cósmicas, gamma, equis e infrarrojas, visibles y ultravioletas, o bien de ciertos gases atmosféricos, como la radioactividad producida por el gas radón.

1.3. Unidad de medida

Para la comprensión y fácil comparación entre los distintos campos electro-magnéticos existentes, se ha recurrido a una magnitud común a todos ellos: su frecuencia expresada en hercios, que equivale de manera sencilla, al número de oscilaciones por segundo. A continuación, en la gráfica podemos observar los campos electromagnéticos que producen distintas fuentes naturales o antropogénicas de CEM y su correspondiente frecuencia en hercios.


2. TIPOS DE RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS

Existen muchos tipos de radiaciones, según las clasifiquemos por unas características o por otras, en este caso, haremos una clasificación sencilla, según sean las radiaciones ionizantes o no ionizantes. La línea que separa las radiaciones ionizantes y las no ionizantes, se sitúa en los 12 electronvoltios de energía y una longitud de onda de 100 nanómetros.

2.1. Radiaciones ionizantes

Las radiaciones ionizantes son, en principio, las más peligrosas, debido a su gran poder energético mediante el cual, modifican el potencial eléctrico de los átomos de la materia con la que interactúan. Al incidir sobre ella,arrancan electrones de sus átomos, con lo que éstos se convierten en iones. Poseen una corta longitud de onda, una frecuencia elevada y son altamente energéticos.

Este tipo de radiaciones van a actuar sobre los sistemas biológicos, aunque dependiendo de varios factores como son la energía de la radiación, la cantidad de energía que cede al atravesar el sistema biológico, su capacidad de penetración y las características del sistema irradiado.

Así, aún en pequeñas dosis, las radiaciones ionizantes pueden producir un daño celular capaz de desembocar en leucemia y en otras clases de cáncer. Las radiaciones ionizantes, al traspasar los tejidos vivos, transfieren energía a los átomos y moléculas del tejido, causando un efecto dañino en ellos. Incluso, si la radiación actúa sobre moléculas complejas de las células reproductoras que contienen información hereditaria, pueden llegar a producir mutaciones en la descendencia.

2.2. Radiaciones no ionizantes

Las radiaciones no ionizantes no llegan a modificar el signo eléctrico de los átomos de la materia. La radiación electromagnética deja de ionizar los átomos conforme aumenta su longitud de onda. Son radi