Autor Tema: Problema de electrostática (distribución continua de carga)

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27 Mayo, 2007, 06:06 pm
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hlla

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Saludos. ¿Me podéis ayudar con un problema de electrostática?
Es un ejercicio no muy difícil lo que pasa que no sé qué es lo que tengo que integrar exactamente. Aquí va:
Dos cargas lineales uniformes e iguales de longitud L están situadas a lo largo del eje x separadas una distancia d. ¿cuál es la fuerza que una carga lineal debe ejercer sobre la otra? y  demostrar que cuando d >> L, la fuerza tiende al resultado esperado: \( k(\gamma L)^2/d^2 \)
(siendo gamma la densidad lineal de carga, Q/L)
Yo lo he hecho con la fórmula  \( dF = Q dQ/r^2 \) poniendo todo lo que se puede en función de x  e integrando desde L+d hasta 2L+d y me sale el siguiente resultado: \( F=k\gamma^2ln (2L+d/L+d) \)  pero se supone que debe de salir: \( F=k\gamma^2ln [(L+d)^2/d(2L+d)] \)  y no consigo llegar hasta este resultado. En cuanto a la demostración, si se supone que L es tan pequeño en comparación con d que puede despreciarse, el logaritmo neperiano se queda en logaritmo neperiano de 1, y eso tampoco coincide con lo que debe salir.
En fin, a ver si alguien me puede echar una mano... quien haya leído hasta aquí ya le doy las gracias. 

29 Mayo, 2007, 03:31 am
Respuesta #1

aladan

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Hola hlla:

Se me ha ocurrido el siguiente planteamiento, ya me dirás si te sirve.
Situemos las lineas de carga en el eje X, una apartir del  origen sobre la longitud L y la otra a partir del punto (L+d, 0) sobre otro tramo de longitud L.
Ahora imaginemos una esfera gaussiana de centro el origen y radio L+d, el teorema de Gauss dice:

                    \( \epsilon_0. E_n\displaystyle\int_{}^{}dA=\displaystyle\sum_{i=1}^n{q} \)

siendo
 \( E_n \) el campo radial a la superficie cerrada, en este caso la esfera.
\( \displaystyle\int_{}^{}dA \)la integral de superficie, es decir la superficie de la esfera, \( 4\pi(L+d)^2 \)
y \( \displaystyle\sum_{i=1}^n{q} \) la carga total encerrada en la esfera, o lo que es lo mismo \( \lambda.L \)

El campo en la dirección del eje X será:

\( E=\displaystyle\frac{1}{4\pi.\epsilon_0}\displaystyle\frac{\lambda.L}{(L+d)^2} \)

Este campo actua sobre cada elemento de carga \( dq=\lambda.dx \) de la segunda linea de carga con una fuerza \( dF \)

 \( dF=E.dq=E.\lambda.dx\Longrightarrow{F=E.\lambda\displaystyle\int_{0}^{L}dx}=\displaystyle\frac{1}{4\pi..\epsilon_0}\displaystyle\frac{\lambda^2.L^2}{(L+d)^2} \)

de aquí podemos deducir que si d>>>L, la fuerza entre las dos lineas de carga será similar a dos cargas puntuales separadas d.

Saludos
Siempre a vuestra disposición

29 Mayo, 2007, 12:36 pm
Respuesta #2

hlla

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Al final he resuelto el problema de una forma mucho más fácil, aunque supongo que tu planteamiento también es válido.
Saludos y muchas gracias por la respuesta.