Autor Tema: Capacidad línea bifilar

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14 Septiembre, 2021, 01:18 am
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Xtimmler

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Hola, foro tengo el siguiente problema

"Una línea bifilar muy larga consta de dos conductores
cilíndricos de radio a, separados una distancia d entre los
ejes de cada cilindro, como muestra la figura. Halle la
capacidad por unidad de longitud de tal línea en la
suposición que d >> a."



A mí el campo eléctrico por Gauss me dio \( E=\displaystyle\frac{λ}{2π\epsilon_0r} \)

pero en el resultado muestra \( E=\displaystyle\frac{\left |{λ}\right |}{2π\epsilon_0r}+\displaystyle\frac{\left |{λ}\right |}{2π\epsilon_0(d-r)} \)

¿Esa segunda parte es el campo del segundo conductor?
¿no debería anular el de la otra?

Si los conductores tienen radio entonces ¿no tendría una superficie y una densidad de carga superficial (σ) en vez de una densidad de carga lineal(λ)? 


14 Septiembre, 2021, 07:04 am
Respuesta #1

Abdulai

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.......A mí el campo eléctrico por Gauss me dio \( E=\displaystyle\frac{λ}{2π\epsilon_0r} \)

pero en el resultado muestra \( E=\displaystyle\frac{\left |{λ}\right |}{2π\epsilon_0r}+\displaystyle\frac{\left |{λ}\right |}{2π\epsilon_0(d-r)} \)

¿Esa segunda parte es el campo del segundo conductor?
¿no debería anular el de la otra?
Si señor, es el campo del otro conductor.   Como tienen carga de distinto signo entre \( a \le r \le d-a \) los campos se suman.

Citar
Si los conductores tienen radio entonces ¿no tendría una superficie y una densidad de carga superficial (σ) en vez de una densidad de carga lineal(λ)?
Por supuesto, hay una densidad superficial de carga.  Lo que pasa es que al ser \( a<<d \) el campo del otro hilo afecta poco y en consecuencia se la puede considerar constante (que no lo es) y por lo tanto hablás directamente de una densidad lineal de carga.


14 Septiembre, 2021, 09:05 pm
Respuesta #2

Xtimmler

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Si señor, es el campo del otro conductor.   Como tienen carga de distinto signo entre \( a \le r \le d-a \) los campos se suman.

Hice este esquema (perdón la calidad lo hice en paint):



Entiendo que hay dos campos eléctricos lo que no entiendo es porque no se anulan entre si.
Si hago la superficie gaussiana sobre uno de esos conductores el flujo total me va a dar nulo ¿no?
¿Cómo deberían ser las superficies gaussianas?


14 Septiembre, 2021, 10:17 pm
Respuesta #3

Abdulai

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Las líneas son conductoras, las cargas son todas positivas en una y negativas en la otra. Lo que dibujaste correspondería a un material aislante.

Citar
.....
Si hago la superficie gaussiana sobre uno de esos conductores el flujo total me va a dar nulo ¿no?
¿Cómo deberían ser las superficies gaussianas?
Deben ser cilindros, pero uno encierra carga positiva y el otro la misma pero negativa.

15 Septiembre, 2021, 12:38 am
Respuesta #4

Xtimmler

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Perdón, pero todavía sigo sin entender

15 Septiembre, 2021, 06:42 am
Respuesta #5

ingmarov

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Hola

Perdón, pero todavía sigo sin entender

La capacitancia es una propiedad que depende de la geometría o disposición de los conductores y del material que los separa. Si quieres calcular la capacitancia que presentan dos conductores paralelos, escoge cargas opuestas como te ha dicho Abdulai, eso simplifica el problema ya que el campo eléctrico estará confinado en el espacio entre los conductores.

Saludos
No te confíes, revisa lo que escribo. Yo también me equivoco.
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15 Septiembre, 2021, 02:10 pm
Respuesta #6

JCB

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Hola a tod@s.

El ejercicio no es trivial si se ejecuta de forma rigurosa, como por ejemplo en el libro “Electromagnetismo aplicado (Plonus, Martin A.)” (páginas 203 a 207), llegando a la siguiente expresión para dos conductores paralelos en forma de cilindro con radio \( a \), longitud infinita y separados una distancia \( d \), medida desde sus centros.

\( \dfrac{C}{l}=\dfrac{\pi\epsilon}{\ln\left(\dfrac{d}{2a}+\sqrt{\left(\dfrac{d}{2a}\right)^2-1}\right)} \)

Por otra parte, puede deducirse una expresión simplificada (con las debidas reservas, ojo. Agradecería comentarios), a partir de los campos eléctricos indicados por Xtimmler.

\( E_A=\dfrac{\lambda}{2\pi\epsilon r} \) y \( E_B=\dfrac{\lambda}{2\pi\epsilon (d-r)} \)

Integrando el campo eléctrico total entre la superficie del conductor A (a una distancia \( a \), del centro de A) y la superficie del conductor B (a una distancia \( d-a \), del centro de A), obtengo la diferencia de potencial entre los dos conductores,

\( V=\dfrac{\lambda}{\pi\epsilon}ln{\dfrac{d-a}{a}} \)

Finalmente, la capacidad por unidad de longitud es

\( \dfrac{C}{l}=\dfrac{Q/V}{l}=\dfrac{\lambda l}{Vl}=\dfrac{\lambda}{V}=\dfrac{\pi\epsilon}{ln{\dfrac{d-a}{a}}} \)

Lo cual me lleva a pensar que algo anda mal, pues la expresión simplificada en el libro citado, es
\( \dfrac{C}{l}=\dfrac{\pi\epsilon}{ln{\dfrac{d}{a}}} \)

Nota: ingmarov, el campo eléctrico debido a la superposición de los dos cilindros con carga opuesta, no queda confinado en el espacio entre los conductores.

Saludos cordiales,
JCB.
"Lo consiguieron porque no sabían que era imposible", autor: Jean Cocteau.

15 Septiembre, 2021, 04:06 pm
Respuesta #7

ingmarov

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...
\( \dfrac{C}{l}=\dfrac{\pi\epsilon}{ln{\dfrac{d}{a}}} \)

Nota: ingmarov, el campo eléctrico debido a la superposición de los dos cilindros con carga opuesta, no queda confinado en el espacio entre los conductores.
...

Tienes razón, no se comporta así. Estaba viendo los conductores desde muy lejos y la carga encerrada por el cilindro gaussiano se me anulaba.  :P :P Se me pasó la mano con la simpificación.

...
Finalmente, la capacidad por unidad de longitud es

\( \dfrac{C}{l}=\dfrac{Q/V}{l}=\dfrac{\lambda l}{Vl}=\dfrac{\lambda}{V}=\dfrac{\pi\epsilon}{ln{\dfrac{d-a}{a}}} \)

Lo cual me lleva a pensar que algo anda mal, pues la expresión simplificada en el libro citado, es
\( \dfrac{C}{l}=\dfrac{\pi\epsilon}{ln{\dfrac{d}{a}}} \)

...

Quizás podemos aprovechar la relación a<<d, para decir \( d-a\approx d \) y sustituir en la primera respuesta.

Saludos

No te confíes, revisa lo que escribo. Yo también me equivoco.
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