Autor Tema: Campo eléctrico

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23 Febrero, 2007, 05:11 pm
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sitlitus

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Hola, tengo el siguiente problema de campos eléctricos en el que no sé resolver un apartado.
Tengo una carga Q uniformemente distribuida sobre un anillo de radio R y me piden encontrar el campo E en los puntos del eje x (eje del anillo).
1.- No sé si debo aplicar lo de las cargas uniformes (lo de la integral)
2.- Lo he hecho sin aplicarlo, tomando como referencia los puntos que están a x=0 del anillo, que si sumamos los campos sólo nos da una componente x. Luego he ido resolviendo y me ha dado \( E_T=\displaystyle\frac{2KQx}{\sqrt[ ]{(x^2+R^2)^3}} \) y el numerador en la solución no tiene el 2. Me gustaría que me dijerais si el resultado que me da se parece al otro de casualidad o si, por el contrario, lo estaría planteando bien.
SAludos!
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24 Febrero, 2007, 03:29 am
Respuesta #1

aladan

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Hola sitlitus:

Un anillo, situado en el plano YZ, con su centro en el origen de coordenadas, por tanto el eje del anillo coincide con el eje X, dotado de con una carga uniformemente distribuida, valor total Q, genera un campo eléctrico E, en cualquier punto de su eje cuya direccón será el eje X, el sentido dependerá del signo de la carga, ya que por simetria se anulan los componentes en las direcciones perpendiculares a dicho eje.

El módulo de ese campo es en cada punto x

                                       \( E =\displaystyle\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\displaystyle\frac{Q.cos \alpha}{x^2+R^2} \)

donde \( \alpha \) es el ángulo que forma el eje X con la recta trazada desde cualquier punto del anillo al punto x.

En tu solución sobra el 2, también la x, por otra parte, supongo que estas llamando K a \( \displaystyle\frac{1}{4\pi\epsilon_0} \)

Saludos
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24 Febrero, 2007, 04:27 am
Respuesta #2

surrealfrog

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Donde \(  cos \alpha = \displaystyle\frac{x}{\sqrt[2]{x^2+R^2}}  \)
Por lo tanto, en la primera expresión sobraría el 2 pero la x está bien

24 Febrero, 2007, 07:22 pm
Respuesta #3

aladan

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Donde \(  cos \alpha = \displaystyle\frac{x}{\sqrt[2]{x^2+R^2}}  \)
Por lo tanto, en la primera expresión sobraría el 2 pero la x está bien

Tienes razón surrealfrog, cuando yo escribí que sobraba la x, leí en la expresión de sitlitus, lo siguiente
              \( E_T=\displaystyle\frac{2KQx}{\sqrt[ ]{(x^2+R^2)^2}} \)

si no se ha modificado desde mi lectura, parece que equivoqué el exponente dentro de la raiz, ruego me disculpeis.

Saludos
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25 Febrero, 2007, 12:07 pm
Respuesta #4

sitlitus

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Donde \(  cos \alpha = \displaystyle\frac{x}{\sqrt[2]{x^2+R^2}}  \)
Por lo tanto, en la primera expresión sobraría el 2 pero la x está bien

Tienes razón surrealfrog, cuando yo escribí que sobraba la x, leí en la expresión de sitlitus, lo siguiente
              \( E_T=\displaystyle\frac{2KQx}{\sqrt[ ]{(x^2+R^2)^2}} \)

si no se ha modificado desde mi lectura, parece que equivoqué el exponente dentro de la raiz, ruego me disculpeis.

Saludos

Tranquilo, no pasa nada. Asi pues el resultado lo tengo bien, no? Se les debe haber olvidado incluir el 2 en la solución. Gracias a los dos por la aclaración,
SAludos!
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25 Febrero, 2007, 12:50 pm
Respuesta #5

aladan

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Citar
Asi pues el resultado lo tengo bien, no? Se les debe haber olvidado incluir el 2 en la solución
Perdona,  sitlitus, tu resultado está mal, le sobra el 2.
 ¿A quien se le ha olvidado poner el 2 en la solución?
Saludos
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25 Febrero, 2007, 01:07 pm
Respuesta #6

aladan

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El caso que has presentado del anillo con carga uniformemente distribuida, se comporta a efectos del campo eléctrico producido en puntos de su eje suficientemente alejados como si fuera una carga puntual, es decir en puntos donde

                               x>>R

                     \( E \approx{}\displaystyle\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\displaystyle\frac{Q}{x^2} \)

Saludos
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25 Febrero, 2007, 06:07 pm
Respuesta #7

sitlitus

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Perdona,  sitlitus, tu resultado está mal, le sobra el 2.
Perdon, con el lio de lo de la x me olvide del tema del 2, es verdad, tienes razón.
¿A quien se le ha olvidado poner el 2 en la solución?
Es que en el listado de problemas me viene la solución, por lo que a raiz de que me perdi con el tema de la x dije esto, pero nada, todo solucionado ;)
SAludos!
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27 Febrero, 2007, 04:07 pm
Respuesta #8

sitlitus

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Hola,

hoy he estado reflexionando más sobre el tema, y yo no veo tan claro que no aparezca el 2.
Tenemos el anillo con carga Q que genera un punto x sobre el eje. Ahora si cogemos dos puntos, uno de arriba y uno de abajo vemos que su componente y se anula, como has dicho, pero entonces, ¿no se deberían sumar las componentes x de los puntos 1 y 2?
Simplemente es este punto el que no acabo de comprender.

SAludos!
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27 Febrero, 2007, 06:54 pm
Respuesta #9

aladan

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Hola  sitlitus:

Analicemos el problema, sobre el anillo hay una distribución uniforme de carga eléctrica, cada elemento de carga, dq, genera en el punto P del eje del anillo un campo elemental, dE, magnitud como sabes vectorial, cuya dirección es la recta que une el elemento de carga con el punto en cuestión sobre el eje del anillo, dirección de dE y eje del anillo forman un ángulo alfa.

Este vector lo descomponemos en sus componentes,  una según el eje del anillo, dEx y la otra perpendicular al mismo, dEz, recuerda el anillo lo hemos situado en el plano YZ, centro del anillo coincidente con origen de coordenadas.

Cada punto del anillo con dq, tiene otro simétrico, respecto del centro del anillo, dotado de una carga idéntica, dq, que generará en P un campo dE, cuyo módulo sera exactamente igual al generado por su simétrico, que al ser descompuesto en dEx y dEz, nos encontramos que las componentes según el eje Z son iguales, en módulo, dirección y sentidos opuestos, es decir, se anulan, queda por tanto para cada par de puntos simétricos cargados del anillo un campo en P según la dirección del eje X.

Quiere esto decir que el campo total generado en P, será:

\( E=\displaystyle\int_{}^{}dE_x=\displaystyle\int_{}^{}dE. cos \alpha=\displaystyle\int_{}^{}\displaystyle\frac{1}{4\pi \epsilon_0}\displaystyle\frac{dq}{s^2}cos \alpha=\displaystyle\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\displaystyle\frac{cos \alpha}{s^2}\displaystyle\int_{}^{}dq \)

Hemos sacado de la integral todos los términos que son constantes para cada punto P, quedando

                           \( \displaystyle\int_{}^{}dq= Q \)

El campo en P es

                                \( E = \displaystyle\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\displaystyle\frac{Q.cos \alpha}{s^2} \)

donde s es la distancia entre cualquier punto del anillo y P, será la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuyos catetos son la abscisa x de P y el radio R del anillo

                                 \( s^2=x^2+R^2 \)

Espero haberte aclarado el tema, si no es así, dímelo.

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