campo eléctrico

Un campo eléctrico es la región invisible de influencia que rodea cualquier carga eléctrica, o entre dos puntos con diferentes potenciales eléctricos. A diferencia de la gravedad, que actúa sobre la masa, un campo eléctrico ejerce fuerza directamente sobre electrones, iones y otras partículas cargadas. La intensidad del campo aumenta cuanto más cerca está de su fuente y se debilita con la distancia; apunta hacia afuera desde las cargas positivas y hacia adentro hacia las cargas negativas.

En el trabajo industrial práctico, los campos eléctricos casi siempre se generan entre dos conductores a diferentes voltajes. El devanado de un motor trifásico de 480 V crea campos eléctricos entre sus bobinas y el bastidor. Un condensador con una separación de 1 mm entre placas y 1000 V aplicados a través de él genera una intensidad de campo de aproximadamente 1 millón de voltios por metro. Las líneas de transmisión de 115 kV o más producen campos medibles en el aire a su alrededor, por lo que los trabajadores deben mantener distancias de seguridad durante el mantenimiento de líneas energizadas.

La intensidad del campo se mide en voltios por metro (V/m) o kilovoltios por centímetro (kV/cm). Diferentes materiales responden de manera diferente: los conductores como el cobre permiten que las cargas se muevan libremente dentro del campo y lo neutralizan internamente; los aislantes resisten el movimiento de cargas, por lo que el campo persiste dentro de ellos. Esta propiedad determina si un material se rompe (falla eléctricamente) bajo una alta tensión de campo. El aceite mineral en los transformadores de potencia, por ejemplo, normalmente soporta campos de hasta aproximadamente 30 kV/cm antes de que comiencen la ionización y el arco.

La importancia práctica de los campos eléctricos radica en cómo mueven la carga y en cuándo fallan. En un motor, el campo entre el estator y el rotor crea el par que hace girar el eje. En un cable o barra colectora, el campo entre el conductor y su blindaje conectado a tierra determina si el aislamiento resistirá las sobretensiones transitorias. La concentración de campo en bordes o esquinas afiladas en equipos de alta tensión (llamada intensificación de campo) es una causa principal de falla del aislamiento, por lo que los conductores redondeados y la geometría adecuada son importantes en el diseño de aparamenta.

Los trabajadores encuentran campos eléctricos indirectamente a través de los peligros que crean. Un campo fuerte puede ionizar las moléculas de aire, creando una descarga de corona (brillo visible alrededor de los equipos de alta tensión) y ozono. Los campos lo suficientemente fuertes como para romper completamente el aire causan descargas disruptivas y arcos. Las pruebas no destructivas de aisladores y cables a veces miden la respuesta del campo para comprender el estado del material sin dañar el equipo. El análisis de la tensión de voltaje durante el diseño asegura que las intensidades de campo se mantengan dentro de los límites de seguridad probados de los dieléctricos elegidos.