El campo eléctrico (E) entre dos placas paralelas es uniforme y se calcula como E = V/d, donde V es la diferencia de potencial y d es la separación de las placas. Su dirección es de la placa positiva a la negativa. La intensidad del campo es directamente proporcional a V e inversamente proporcional a d. En el vacío, E también es igual a σ/ε₀, donde σ es la densidad de carga superficial y ε₀ es la permitividad del espacio libre (8.854 x 10⁻¹² F/m). Esta configuración es fundamental en los condensadores, ya que determina la capacitancia y la energía potencial eléctrica.
Explore cómo se aplica la ley de Gauss para calcular el campo eléctrico entre dos placas y comprenda el funcionamiento del campo eléctrico de un condensador en este interesante artículo. Sumérgete en los principios de la física y mejora tu comprensión con ejemplos claros y prácticos.
El campo eléctrico entre dos placas:
La campo eléctrico Es una propiedad eléctrica que se vincula con cualquier carga en el espacio. Por lo tanto, el campo eléctrico es cualquier cantidad física que toma diferentes valores de fuerza eléctrica en diferentes puntos de un espacio dado.
Un campo eléctrico es un área o región donde cada punto de él experimenta una fuerza eléctrica.
Los campos eléctricos se pueden describir de forma general como fuerza eléctrica por unidad de carga.
Para un plano infinito con una carga uniforme por unidad de área, denotado por 
(sigma), el campo eléctrico ( E ) se puede expresar matemáticamente como:
En esta expresión:
representa la densidad de carga superficial (carga por unidad de área).
es la permitividad del espacio libre.
Surge porque el campo eléctrico se genera en dos direcciones opuestas al avión.
Veamos el campo eléctrico cuando están involucradas dos placas cargadas.
Existe un campo eléctrico uniforme entre dos placas cargadas:
Según la ley de Coulomb, el campo eléctrico alrededor de una carga puntual se reduce a medida que aumenta la distancia. Sin embargo, se puede crear un campo eléctrico homogéneo alineando dos placas conductoras infinitamente grandes paralelas entre sí.
Si en cada punto de un espacio dado, la magnitud del vector campo eléctrico 
permanece constante, entonces el campo eléctrico se describe como un campo eléctrico uniforme. Esta condición se representa matemáticamente como 
, Donde 
denota la magnitud del campo eléctrico.
Las líneas de campo de un campo eléctrico uniforme tienden a ser paralelas entre sí, y el espacio entre ellas también es igual.
Las líneas de campo paralelas y un campo eléctrico uniforme entre dos placas paralelas proporcionan la misma fuerza de atracción y repulsión en la carga de prueba sin importar dónde se encuentre en el campo.
Las líneas de campo siempre se trazan desde regiones de alto potencial a regiones de bajo potencial.
La dirección de un campo eléctrico entre dos placas:
El campo eléctrico viaja desde una placa cargada positivamente a una placa cargada negativamente.
Por ejemplo, suponga que la placa superior es positiva y la placa inferior es negativa, entonces la dirección del campo eléctrico se da como se muestra a continuación.
Las cargas positivas y negativas sienten la fuerza bajo la influencia del campo eléctrico, pero su dirección depende de la tipo de carga, ya sea positiva o negativa. Las cargas positivas detectan fuerzas en la dirección del campo eléctrico, mientras que las cargas negativas sienten fuerzas en la dirección opuesta..
El campo eléctrico entre dos placas paralelas de la misma carga:
Supongamos que tenemos dos placas infinitas que son paralelas entre sí y tienen densidad de carga positiva ර. Ahora, aquí calculamos el campo eléctrico neto debido a estas dos placas paralelas cargadas.
Ambos campos eléctricos se oponen entre sí en el centro de las dos placas. Como resultado, se cancelan entre sí, lo que da como resultado un campo eléctrico neto cero en su interior.
Uno = 0
Ambos campos eléctricos apuntan en la misma dirección fuera de las placas, es decir, en los lados izquierdo y derecho. Por tanto, su suma vectorial será? /? 0.
salida = E1 + E2
El campo eléctrico entre dos placas paralelas de carga opuesta:
Supongamos que tenemos dos placas con densidades de carga +σ y -σ . La distancia d separa estas dos placas.
Una placa con densidad de carga positiva produce un campo eléctrico de 
. Y su dirección es hacia afuera o lejos de la placa, mientras que la placa con densidad de carga negativa tiene una dirección opuesta, es decir, hacia adentro.
Entonces, cuando usamos el principio de superposición en ambos lados de las placas fuera y dentro de las placas, podemos ver que fuera de la placa, ambos vectores de campo eléctrico tienen la misma magnitud y dirección opuesta, y por lo tanto, ambos campos eléctricos se cancelan entre sí. . Entonces, fuera de las placas, no habrá campo eléctrico.
salida=0
Como se refuerzan entre sí en la misma dirección, el campo eléctrico neto entre las dos placas es 
.
Een = E1 + E2
Este es el hecho que estamos utilizando para formar un condensador de placas en paralelo.
El campo eléctrico entre dos placas dado voltaje:
En física, se utiliza la diferencia de potencial ΔV o el campo eléctrico E para describir cualquier distribución de carga. La diferencia de potencial 
está estrechamente relacionado con la energía. mientras que el campo eléctrico E está relacionado con la fuerza.
E es una cantidad vectorial, lo que implica que tiene magnitud y dirección, mientras que es una variable escalar sin dirección.
Cuando se aplica un voltaje entre dos placas conductoras paralelas entre sí, se crea un campo eléctrico uniforme.
La fuerza del campo eléctrico es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la distancia entre dos placas.
El campo eléctrico entre dos condensadores de placas paralelas:
Condensador de placa paralela:
Un condensador de placas paralelas comprende dos placas metálicas conductoras que están conectadas en paralelo y separadas por una cierta distancia. Un medio dieléctrico llena el espacio entre las dos placas.
El medio dieléctrico es un material aislante y puede ser aire, vacío o algunos materiales no conductores como mica, vidrio, gel electrolítico, lana de papel, etc. El material dieléctrico evita que la corriente pase a través de él debido a su propiedad no conductora.
Sin embargo, cuando se aplica voltaje a las placas paralelas, los átomos del medio dieléctrico se polarizarán bajo el efecto del campo eléctrico. El proceso de polarización formará dipolos, y estas cargas positivas y negativas se acumularán en las placas del condensador de placas paralelas. Una corriente fluye a través del capacitor a medida que las cargas se acumulan hasta que la diferencia de potencial entre dos placas paralelas iguala el potencial de la fuente.
La intensidad del campo eléctrico del capacitor no debe exceder la intensidad del campo de ruptura del material dieléctrico en los capacitores de placas paralelas. Si el voltaje de operación del capacitor excede su límite, la ruptura dieléctrica causa un cortocircuito entre las placas, destruyendo el capacitor inmediatamente.
Por lo tanto, para proteger el capacitor de tal situación, no se debe exceder el límite de voltaje aplicado y elegir el rango de capacitores de voltaje.
El campo eléctrico entre el condensador de placas paralelas:
La siguiente figura ilustra el condensador de placas paralelas.
En este caso, tomaremos dos placas conductoras grandes paralelas entre sí y las separaremos mediante d. El espacio se llena con el medio dieléctrico, como se muestra en la figura. La distancia d entre dos placas es significativamente menor que el área de cada placa. Por lo tanto, podemos escribir d <
Aquí, la densidad de carga de la primera placa es 
, y la densidad de carga de la segunda placa es 
. La placa 1 tiene una carga total (Q) y la placa 2 tiene una carga total (-Q).
Como se observó anteriormente, cuando dos placas paralelas con distribuciones de carga opuestas se colocan cerca una de otra, el campo eléctrico en la región exterior será cero.
En consecuencia, el campo eléctrico neto en el centro del condensador de placas paralelas se puede calcular de la siguiente manera:
E = E_1 + E_2
Lugar:
es la densidad de carga superficial de la placa.
es la permitividad del material dieléctrico utilizado en los condensadores.
De la ecuación anterior, podemos decir que el medio dieléctrico provoca una disminución en la intensidad del campo eléctrico, pero se utiliza para obtener una mayor capacitancia y mantener las placas conductoras en contacto.
La magnitud del campo eléctrico entre dos placas cargadas:
Si se toman en consideración dos placas indefinidamente grandes, no se suministra voltaje, entonces la magnitud del campo eléctrico de acuerdo con la ley de Gauss debe ser constante. Pero el campo eléctrico entre dos placas, como dijimos anteriormente, depende de la densidad de carga de las placas.
Por lo tanto, si dos placas tienen las mismas densidades de carga, entonces el campo eléctrico entre ellas es cero, y en el caso de densidades de carga opuestas, el campo eléctrico entre dos placas viene dado por el valor constante.
Cuando las placas cargadas reciben un voltaje, la magnitud del campo eléctrico se decide por la diferencia de potencial entre ellas. Una diferencia de potencial más alta crea un campo eléctrico fuerte, mientras que una distancia más alta entre las placas conduce al campo eléctrico débil.
Entonces, la distancia entre las placas y la diferencia de potencial son los factores esenciales para la intensidad del campo eléctrico.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el campo eléctrico entre placas paralelas es uniforme?
El campo eléctrico entre placas paralelas es uniforme porque las placas son infinitas y las cargas se distribuyen uniformemente en las placas. Esto resulta en un campo eléctrico constante que se dirige desde la placa cargada positivamente a la placa cargada negativamente. El líneas de campo son rectas y paralelas, lo que indica un campo uniforme.
¿Cuál es el campo eléctrico entre dos placas paralelas?
El campo eléctrico (E) entre dos placas paralelas viene dado por la formaula mi = V/d, donde V es la diferencia de potencial (voltaje) entre las placas y d es la distancia entre las placas. Este campo se dirige de la placa positiva a la placa negativa.
¿Cómo afecta la distribución de carga al campo eléctrico entre dos placas?
La carga la distribución en las placas afecta el campo eléctrico entre ellas. Si las cargas están distribuidas uniformemente, el campo es uniforme y constante. Sin embargo, si los cargos no se distribuyen uniformemente, el campo variará entre el espacio entre las placas.
¿Cómo influye un material dieléctrico en el campo eléctrico entre dos placas de un capacitor?
Cuando se introduce un material dieléctrico entre las placas de un condensador, reduce el campo eléctrico entre las placas. Esto es porque el dieléctrico el material se polariza en respuesta al campo, creando un campo opuesto eso reduce la intensidad de campo general.
¿Cómo calcular el campo eléctrico entre dos placas?
El campo eléctrico (E) entre dos placas se puede calcular usando la formaula mi = V/d, donde V es la diferencia de potencial (voltaje) entre las placas y d es la distancia entre las placas.
¿Cuál es la relación entre el campo eléctrico y el voltaje en un capacitor de placas paralelas?
En un capacitor de placas paralelas, el campo eléctrico (E) es directamente proporcional a la tensión (V) e inversamente proporcional a la distancia (d) entre las placas. Esta relación está dada por la formaula mi = V/d.
¿Cómo afecta la separación de placas al campo eléctrico en un capacitor de placas paralelas?
El campo eléctrico en un capacitor de placas paralelas es inversamente proporcional a la separación de placas. A medida que aumenta la distancia (d) entre las placas, el campo eléctrico (E) disminuye y viceversa.
¿Cuál es el papel de la Ley de Gauss en la determinación del campo eléctrico entre dos placas?
La Ley de Gauss se puede utilizar para determinar el campo eléctrico entre dos placas considerando una superficie gaussiana entre las placas. De acuerdo con la Ley de Gauss, el flujo eléctrico a través de esta superficie es igual a la carga que encierra dividida por la permitividad del espacio libre.
¿Cómo afecta la presencia de un material dieléctrico a la capacitancia de un capacitor de placas paralelas?
La presencia de un material dieléctrico aumenta la capacitancia de un capacitor de placas paralelas. Esto es porque el dieléctrico reduce el campo eléctrico entre las placas, lo que permite más cargo ser almacenado para un voltaje dado.
¿Cuál es la relación entre el campo eléctrico y la carga en la placa de un capacitor?
El campo eléctrico (E) entre las placas de un capacitor es directamente proporcional a la carga (Q) en las placas e inversamente proporcional a la permitividad del medio (ε) entre las placas. Esta relación está dada por la formaula E = Q/(A*ε), donde A es el área de una de las placas.
Q. ¿En qué se diferencia el campo eléctrico entre placas paralelas del campo eléctrico alrededor de una esfera cargada?
Resp. Los campos eléctricos entre placas paralelas y alrededor de una esfera cargada no son los mismos. Veamos cómo varían.
El campo eléctrico entre placas paralelas depende de la densidad cargada de las placas. Si tienen cargas opuestas, entonces el campo entre las placas es ර / ε0, y si tienen algunas cargas, entonces el campo entre ellas será cero.
Fuera de la esfera cargada, el campo eléctrico viene dado por mientras que el campo dentro de la esfera es cero. En este caso, r representa la distancia entre un punto y el centro.
P. ¿Qué pasará con el campo eléctrico y el voltaje si se duplica la distancia entre las placas del capacitor?
Resp. E = ර / ε0 determina el campo eléctrico entre condensadores de placas paralelas de acuerdo con la ley de Gauss.
Según la ley de Gauss, el campo eléctrico permanece constante ya que es independiente de la distancia entre dos placas de condensadores. Si hablamos de la diferencia de potencial, es directamente proporcional a la distancia entre dos placas de un condensador y viene dada por
Por tanto, si la distancia se duplica, la diferencia de potencial también aumenta.
P. ¿Cómo calculo el campo eléctrico en un condensador de placas paralelas?
Resp. En los condensadores de placas paralelas, ambas placas tienen carga opuesta. Por lo tanto, el campo eléctrico fuera de las placas se cancelará.
Ambas placas están cargadas de manera opuesta y, por lo tanto, el campo entre las placas se apoyará entre sí. Además, entre dos placas hay medio dieléctrico presente, por lo que la permitividad del dieléctrico también será un factor esencial.
La ley de Gauss y el concepto de superposición se utilizan para calcular el campo eléctrico entre dos placas.
mi = mi1 + mi2
=
=
Donde ර es la densidad de carga superficial
ε es la permitividad del material dieléctrico.
Q. ¿Por qué disminuye el campo eléctrico entre las placas de los condensadores al introducir una placa dieléctrica? Explica con la ayuda de un diagrama.
Resp. Cuando se coloca un material dieléctrico entre placas paralelas del condensador bajo un campo eléctrico externo, los átomos del material dieléctrico se polarizarán.
La acumulación de carga en las placas de los condensadores se debe a una carga inducida en el material dieléctrico. Como se muestra en la figura siguiente, esta acumulación de carga provoca un campo eléctrico entre dos placas que resisten el campo eléctrico externo.
La figura anterior muestra la placa dieléctrica entre dos placas de condensadores, ya que la placa dieléctrica induce el campo eléctrico opuesto; por tanto, se reduce el campo eléctrico neto entre las placas del condensador.
Q. Dos placas de metal idénticas reciben carga positiva Q1 y Q2, respectivamente. Si se juntan para formar el condensador de placas paralelas con capacitancia C, la diferencia de potencial entre ellos es …… ..
Resp. La capacitancia de un condensador de placas paralelas, que se compone de dos placas metálicas idénticas, se calcula de la siguiente manera:
Donde C es la capacitancia del capacitor de placa paralela
A es el área de cada plato
d es la distancia entre placas paralelas
Digamos que la densidad de carga superficial es
Ahora, el campo eléctrico neto puede estar dado por,
La diferencia de potencial está representada por,
Por lo tanto, sustituyendo los valores anteriores en esta ecuación, obtenemos una diferencia de potencial
P. ¿Qué sucede cuando se introduce un material dieléctrico entre placas paralelas del condensador?
Resp. El campo eléctrico, el voltaje y la capacitancia cambian cuando introducimos material dieléctrico entre placas paralelas del capacitor.
El campo eléctrico cae cuando se introduce un material dieléctrico entre placas paralelas de un condensador debido a la acumulación de carga en las placas paralelas, lo que genera un campo eléctrico en la dirección opuesta al campo externo.
El campo eléctrico está dado por
El campo eléctrico y el voltaje son proporcionales entre sí; por tanto, el voltaje también disminuye.
La capacitancia del capacitor, por otro lado, aumenta porque es proporcional a la permitividad del material dieléctrico.
P. ¿Existe un campo magnético entre las placas de un condensador?
Resp. Los campos magnéticos existen entre dos placas solo cuando el campo eléctrico entre dos placas está cambiando.
Por lo tanto, cuando un capacitor se carga o descarga, el campo eléctrico entre dos placas cambia y solo en ese momento existe el campo magnético.
P. ¿Qué sucede cuando un campo eléctrico elevado se almacena en una región muy pequeña del espacio? ¿Existe un límite de capacitancia?
Resp. Los condensadores son dispositivos eléctricos que utilizan un campo eléctrico sostenido para almacenar cargas eléctricas como energía eléctrica. Entre las placas del condensador se encuentra el material dieléctrico.
Si el campo eléctrico externo aplicado excede la intensidad del campo de ruptura del material dieléctrico, entonces el material dieléctrico aislante se vuelve conductor. La avería eléctrica conduce a la chispa entre dos placas, que destruye el condensador.
Cada condensador tiene una capacitancia diferente según el material dieléctrico utilizado, el área de las placas y la distancia entre ellas.
La tolerancia del condensador se encuentra en cualquier lugar entre XNUMX y XNUMX de su valor anunciado.
P. ¿Cuáles son las aplicaciones de la ley de Gauss?
Resp. La ley de Gauss tiene varias aplicaciones.
En algunos casos, el cálculo de campos eléctricos implica una integración difícil y se vuelve bastante complejo. Usamos la ley de Gauss para simplificar la evaluación de campos eléctricos sin involucrar una integración compleja.
- El campo eléctrico a la distancia r en el caso de un cable infinitamente largo es E =? / 2? Ε0
Donde el ? es la densidad de carga lineal del cable.
- La intensidad del campo eléctrico de la hoja plana casi infinita es E = ර / 2 ε0
- La intensidad del campo eléctrico en el área exterior de la cáscara esférica es
y E = 0 dentro del caparazón.
- La fuerza del campo eléctrico entre dos placas paralelas E = ර / ε0, cuando el medio dieléctrico está entre dos placas, entonces E = ර / ε.
P. La fórmula para una capacitancia de placa paralela es:
Resp. Al mantener el campo eléctrico, los condensadores se utilizan para almacenar cargas eléctricas en energía eléctrica.
Cuando las placas están separadas por aire o espacio, la fórmula para un condensador de placas paralelas es:
, Donde C es la capacitancia del capacitor.
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