Concepto y Tipos de Campos


La tendencia actual es definir campo como la magnitud física en sí. Desde un punto de vista estricto, la palabra campo denota el conjunto total de vectores o escalares en una región del espacio en un intervalo temporal.

La temperatura de una habitación durante cierto período de tiempo es un ejemplo de campo. En cada punto de la habitación, y para cada instante de tiempo, la temperatura tiene un valor bien definido.

El vector de posición de una partícula, por ejemplo, no es un campo, pues no está definido para cada punto del espacio. Se trata de un solo vector, que depende únicamente del tiempo, pero no del espacio.

Para describir un campo hemos de especificar su valor en función de las coordenadas espaciales y temporales. Un campo M es una función de r (o, equivalentemente, x, y, z) y de t:
Los campos pueden ser escalares y vectoriales, de acuerdo con el carácter de la magnitud física correspondiente.

Los campos escalares están representados por una única función. Los campos vectoriales están representados por tres funciones, una para cada componente:
El campo de temperaturas, mencionado arriba, es un campo escalar, pues la temperatura es una magnitud escalar. Otros ejemplos de campos escalares son la presión de un fluido y la densidad de una sustancia cualquiera.

La velocidad de las partículas de un fluido (siempre que consideremos a éste como un continuo) son un ejemplo de campo vectorial. Dicha velocidad depende tanto del tiempo como de la posición de la partícula.

Otro ejemplo de campo vectorial lo podemos hallar en la fuerza gravitatoria. Consideremos un conjunto de partículas con unas ciertas masas y en unas determinadas posiciones. Estudiemos la fuerza que producen sobre otra partícula de prueba dada. Dicha fuerza depende de dónde (y cuándo) esté la partícula de prueba, por lo que constituye un campo. Se dice que se trata de un campo de fuerzas. Es, por supuesto, un campo vectorial, pues la fuerza es un vector.
Otro ejemplo de campo vectorial lo podemos hallar en la fuerza gravitatoria
El concepto de campo se introdujo en el estudio de la electricidad para explicar la idea de acción a distancia. El concepto de campo es interesante por dos motivos: uno práctico y otro de carácter fundamental. El motivo práctico reside en la conveniencia de separar en el estudio del movimiento de una partícula lo que depende de ella misma y lo que depende del resto de las partículas.

El motivo de carácter fundamental es que su definición nos permite explicar las fuerzas de acción a distancia y hacerlas compatibles con la relatividad. Si una partícula produjese una fuerza instantánea sobre otra a una determinada distancia, su interacción viajaría a una velocidad infinita, lo que contradice la teoría de la relatividad. Una partícula produce un campo, que se propaga y ejerce una fuerza sobre otras partículas. El campo nos permite explicar coherentemente la interacción entre dos partículas.

Hay campos, tales como la temperatura de una habitación, que no son portadores de ninguna interacción.

Una vez introducido el concepto de campo, vemos que el gradiente es un campo vectorial cuyas componentes son las derivadas parciales de un campo escalar respecto a las coordenadas espaciales.

Se dice que un campo es estacionario o constante cuando no depende del tiempo. Se dice que es uniforme cuando no depende de la posición.


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