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Condensador esférico

De Laplace

(Diferencias entre revisiones)
(Solución)
(Enunciado)
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==Enunciado==
==Enunciado==
Halle la capacidad de un condensador formado por dos superficies esféricas concéntricas, de radios <math>a</math> y <math>b</math> (<math>a<b</math>).
Halle la capacidad de un condensador formado por dos superficies esféricas concéntricas, de radios <math>a</math> y <math>b</math> (<math>a<b</math>).
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<center>[[Imagen:condensadoresferico.png]]</center>
==Solución==
==Solución==

Revisión de 11:49 17 dic 2008

1 Enunciado

Halle la capacidad de un condensador formado por dos superficies esféricas concéntricas, de radios a y b (a < b).

Imagen:condensadoresferico.png

2 Solución

Suponemos la superficie interior a potencial V0 y la exterior a tierra.

En el hueco entre las dos superficies esféricas no hay carga intermedia, por lo que se verifica la ecuación de Laplace

\nabla^2\phi = 0

con las condiciones de contorno

\phi = V_0\,    (r=a)\,        \phi = 0\,    (r=b)\,

Por la simetría del sistema, podemos suponer que el potencial depende exclusivamente de la coordenada radial r. En este caso, la solución de la ecuación de Laplace es de la forma

\phi = A + \frac{B}{r}

Quedan por determinar las constantes A y B. Sustituyendo las condiciones de contorno

A + \frac{B}{a} = V_0    A + \frac{B}{b} = 0

resultan las constantes y el potencial

A = -\frac{V_0a}{b-a}    B = \frac{V_0ab}{b-a}

y sustituyendo las constantes en la expresión del potencial

\phi = \displaystyle-\frac{V_1a}{b-a}+\frac{(V_1-V_2)ab}{(b-a)r}\qquad (a < r < b)

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