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Exterior de una esfera

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Tanto para una esfera conductora como para una esfera aislante, el campo en su exterior depende únicamente de la carga total, ya sea esta distribuida en la superficie (esfera conductora) o en el interior (esfera aislante).

>Modelo

ID:(2078, 0)



Exterior de una esfera

Storyboard

Tanto para una esfera conductora como para una esfera aislante, el campo en su exterior depende únicamente de la carga total, ya sea esta distribuida en la superficie (esfera conductora) o en el interior (esfera aislante).

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$E_e$
E_e
Campo eléctrico, esfera, exterior
V/m
$E_i$
E_i
Campo eléctrico, esfera, interior
V/m
$Q$
Q
Carga
C
$q$
q
Carga de prueba
C
$\epsilon$
epsilon
Constante dieléctrica
-
$m$
m
Masa de la partícula
kg
$\varphi_1$
phi_1
Potencial eléctrico 1
V
$\varphi_2$
phi_2
Potencial eléctrico 2
V
$r_1$
r_1
Radio 1
m
$r_2$
r_2
Radio 2
m
$R$
R
Radio de la esfera
m
$v_1$
v_1
Velocidad 1
m/s
$v_2$
v_2
Velocidad 2
m/s

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Ecuaciones

Para el caso de una superficie gausseana esf rica el campo es constante por lo que se puede calcular el campo eléctrico ($E$) con la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$) y la área del conductor ($S$) siendo igual a:

equation=11456

Como la superficie de una esfera ($S$) es con el pi ($\pi$) y el radio de un disco ($r$) igual a:

equation=4731

el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$) es con la distancia entre cargas ($r$) igual

equation

Para el caso de una superficie gaussiana esf rica, el campo es constante y, por lo tanto, el campo eléctrico ($E$) es igual a la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$) y la área del conductor ($S$) seg n:

equation=11456

Dado que la superficie de la superficie de una esfera ($S$) es igual a el pi ($\pi$) y el radio de un disco ($r$), se tiene:

equation=4731

La carga encerrada en la superficie gaussiana, con la carga encapsulada en la superficie de Gauss ($q$), el radio de la esfera ($R$) y la distancia entre cargas ($r$), es:

equation=11461

Por lo tanto, el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) resulta en:

equation

Como la diferencia de potencial es el potencial eléctrico, esfera aislante, interior ($\varphi_i$) con el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) y el radio ($r$), obtenemos:

equation=11579

Dado que el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) con el pi ($\pi$), la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$), el radio de la esfera ($R$) y la distancia entre cargas ($r$) es igual a:

equation=11447

en coordenadas esf ricas tenemos:

$\varphi_i = -\displaystyle\int_0^{r} du \displaystyle\frac{ Q u }{4 \pi \epsilon_0 \epsilon R ^3 }= -\displaystyle\frac{ Q }{ 8 \pi \epsilon_0 \epsilon }\displaystyle\frac{ r ^2 }{ R ^3 }$



Por lo tanto, el potencial eléctrico, esfera aislante, interior ($\varphi_i$) con la distancia entre cargas ($r$) resulta en:

equation

Como la diferencia de potencial es el potencial eléctrico, esfera, exterior ($\varphi_e$) con el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$), el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$), el radio de la esfera ($R$) y el radio ($r$), obtenemos:

equation=11580

Dado que el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$) con el pi ($\pi$), la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$) y la distancia entre cargas ($r$) es igual a:

equation=11446

y que el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) con el radio interno ($r_i$) es igual a:

equation=11447

en coordenadas esf ricas tenemos:

$\varphi_e = -\displaystyle\int_0^R du \displaystyle\frac{ Q u }{4 \pi \epsilon_0 \epsilon R ^3 } -\displaystyle\int_R^r du \displaystyle\frac{ Q }{4 \pi \epsilon_0 \epsilon u ^2 }= -\displaystyle\frac{ 1 }{ 4 \pi \epsilon_0 \epsilon }\displaystyle\frac{ Q }{ r }$



Por lo tanto, el potencial eléctrico, esfera, exterior ($\varphi_e$) resulta en:

equation


Ejemplos


mechanisms

En el caso de una superficie gaussiana esf rica, el campo eléctrico ($\vec{E}$) es constante en la direcci n de el versor normal a la sección ($\hat{n}$). Por lo tanto, utilizando la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$) y la constante dieléctrica ($\epsilon$), se puede calcular integrando sobre la superficie en que campo eléctrico es constante ($dS$):

equation=3213

Dado que la superficie de la superficie de una esfera ($S$) es igual a el pi ($\pi$) y el radio de un disco ($r$), se tiene:

equation=4731

lo que se muestra en la grafica

image

En el exterior de la esfera, el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$) con el pi ($\pi$), la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$) y la distancia entre cargas ($r$) es igual a:

equation=11446

Mientras que en el caso de una esfera aislante, el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) con el radio de la esfera ($R$) es:

equation=11447

En el caso de que la esfera sea conductora, las cargas se distribuir n sobre la superficie y el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) ser nulo.

Como la diferencia de potencial es el potencial eléctrico, esfera, exterior ($\varphi_e$) con el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$), el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$), el radio de la esfera ($R$) y el radio ($r$), obtenemos:

equation=11580

Dado que el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$) con el pi ($\pi$), la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$) y la distancia entre cargas ($r$) es igual a:

equation=11446

y que el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) con el radio interno ($r_i$) es igual a:

equation=11447

en coordenadas esf ricas tenemos:

$\varphi_e = -\displaystyle\int_0^R du \displaystyle\frac{ Q u }{4 \pi \epsilon_0 \epsilon R ^3 } -\displaystyle\int_R^r du \displaystyle\frac{ Q }{4 \pi \epsilon_0 \epsilon u ^2 }= -\displaystyle\frac{ 1 }{ 4 \pi \epsilon_0 \epsilon }\displaystyle\frac{ Q }{ r }$



Por lo tanto, el potencial eléctrico, esfera, exterior ($\varphi_e$) resulta en:

equation=11584

Como se ilustra en la siguiente gr fica:

image

el campo en dos puntos debe poseer la misma energ a. Por lo tanto, las variables la carga ($Q$), la masa de la partícula ($m$), la velocidad 1 ($v_1$), la velocidad 2 ($v_2$), y el potencial eléctrico 1 ($\varphi_1$) seg n la ecuaci n:

equation=11584,1

y el potencial eléctrico 2 ($\varphi_2$), seg n la ecuaci n:

equation=11584,2

deben satisfacer la relaci n siguiente:

equation=11596


model

Los potenciales el ctricos, que representan la energ a potencial por unidad de carga, influyen en c mo var a la velocidad de una part cula. Por consiguiente, la conservaci n de la energ a entre dos puntos implica que, en presencia de las variables la carga ($q$), la masa de la partícula ($m$), la velocidad 1 ($v_1$), la velocidad 2 ($v_2$), el potencial eléctrico 1 ($\varphi_1$) y el potencial eléctrico 2 ($\varphi_2$), se debe cumplir la siguiente relaci n:

kyon


>Modelo

ID:(2078, 0)



Mecanismos

Definición


ID:(15797, 0)



Partícula en campo eléctrico de un esfera, externo

Imagen

En el caso de una superficie gaussiana esférica, el campo eléctrico ($\vec{E}$) es constante en la dirección de el versor normal a la sección ($\hat{n}$). Por lo tanto, utilizando la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$) y la constante dieléctrica ($\epsilon$), se puede calcular integrando sobre la superficie en que campo eléctrico es constante ($dS$):



Dado que la superficie de la superficie de una esfera ($S$) es igual a el pi ($\pi$) y el radio de un disco ($r$), se tiene:



lo que se muestra en la grafica



En el exterior de la esfera, el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$) con el pi ($\pi$), la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$) y la distancia entre cargas ($r$) es igual a:



Mientras que en el caso de una esfera aislante, el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) con el radio de la esfera ($R$) es:



En el caso de que la esfera sea conductora, las cargas se distribuirán sobre la superficie y el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) será nulo.

ID:(11839, 0)



Partícula en potencial eléctrico de un esfera, externo

Nota

Como la diferencia de potencial es el potencial eléctrico, esfera, exterior ($\varphi_e$) con el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$), el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$), el radio de la esfera ($R$) y el radio ($r$), obtenemos:



Dado que el campo eléctrico, esfera, exterior ($E_e$) con el pi ($\pi$), la carga ($Q$), la constante de campo eléctrico ($\epsilon_0$), la constante dieléctrica ($\epsilon$) y la distancia entre cargas ($r$) es igual a:



y que el campo eléctrico, esfera, interior ($E_i$) con el radio interno ($r_i$) es igual a:



en coordenadas esféricas tenemos:

$\varphi_e = -\displaystyle\int_0^R du \displaystyle\frac{ Q u }{4 \pi \epsilon_0 \epsilon R ^3 } -\displaystyle\int_R^r du \displaystyle\frac{ Q }{4 \pi \epsilon_0 \epsilon u ^2 }= -\displaystyle\frac{ 1 }{ 4 \pi \epsilon_0 \epsilon }\displaystyle\frac{ Q }{ r }$



Por lo tanto, el potencial eléctrico, esfera, exterior ($\varphi_e$) resulta en:



Como se ilustra en la siguiente gráfica:



el campo en dos puntos debe poseer la misma energía. Por lo tanto, las variables la carga ($Q$), la masa de la partícula ($m$), la velocidad 1 ($v_1$), la velocidad 2 ($v_2$), y el potencial eléctrico 1 ($\varphi_1$) según la ecuación:



y el potencial eléctrico 2 ($\varphi_2$), según la ecuación:



deben satisfacer la relación siguiente:

ID:(11846, 0)



Modelo

Cita


ID:(15807, 0)