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Campo debido a dos planos paralelos

De Laplace

Revisión a fecha de 19:27 8 ene 2010; Antonio (Discusión | contribuciones)
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1 Enunciado

Un condensador de placas planas puede aproximarse por dos dos planos paralelos, separados una distancia a. Uno de ellos, situado en z = − a / 2 posee una distribución de carga uniforme σ0, mientras que la del otro, situado en z = a / 2 es − σ0. Halle el campo eléctrico en todos los puntos del espacio.

2 Solución

Este problema puede resolverse por simple superposición de los campos de los planos individuales.

El campo debido a un plano cargado uniformenente situado en z = 0 es


\mathbf{E}=\begin{cases}\displaystyle-\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_{z} &
(z<0)\\ & \\ \displaystyle\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_{z} & (z>0)\end{cases}

Si este plano está en z = − a / 2 simplemente trasladamos la coordenada y ya tenemos el campo del primer plano


\mathbf{E}_1=\begin{cases}\displaystyle-\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_{z} &
(z<-a/2)\\ & \\ \displaystyle\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_{z} & (z>-a/2)\end{cases}

Para el segundo plano, cambiamos a por a y σ0 por − σ0, lo que nos deja


\mathbf{E}_2=\begin{cases}\displaystyle\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_{z} &
(z<a/2)\\ & \\ \displaystyle-\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_{z} & (z>a/2)\end{cases}

Para superponer estos campos, dividimos el espacio en tres regiones:

Por debajo del plano inferior (z < − a / 2)
En esta zona los campos son iguales y opuestos
\mathbf{E} = \mathbf{E}_1 + \mathbf{E}_2 = -\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_z+\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_z = \mathbf{0}
Por debajo del plano inferior (a / 2 < z < a / 2)
En esta zona los campos son iguales y en el mismo sentido
\mathbf{E} = \mathbf{E}_1 + \mathbf{E}_2 = \frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_z+\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_z = \frac{\sigma_0}{\varepsilon_0}\mathbf{u}_z
Por encima del plano superior (z > a / 2)
En esta zona, de nuevo, los campos son iguales y opuestos
\mathbf{E} = \mathbf{E}_1 + \mathbf{E}_2 = \frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_z-\frac{\sigma_0}{2\varepsilon_0}\mathbf{u}_z = \mathbf{0}

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