Al leer un libro sobre electrodinámica básica (en una sección sobre electrostática), me encontré con el siguiente problema:
Una losa plana infinita, de espesor , lleva una densidad de carga de volumen uniforme . Encuentre el campo eléctrico, en función de , dónde en el centro.
La losa paralela a la - plano, y por lo tanto es perpendicular al -eje, contenido entre y pero alcanzando infinitamente en el y direcciones.
El libro que estoy leyendo utiliza la ley de Gauss (usando un "pastillero gaussiano" dando vueltas alrededor del -axis), pero estaba un poco confundido por el método que usaron, y al resolver el problema pensé así:
Si colocamos una carga de prueba en el -eje en , entonces la carga experimenta una fuerza positiva (apuntando el polo positivo dirección) debido a la carga de volumen detrás de él (desde a ) y experimenta una fuerza negativa (es "empujado hacia atrás") debido a la carga de volumen frente a él (de a ). Entonces para , el campo eléctrico sería el campo total formado por un grupo de planos cargados infinitesimalmente delgados detrás de la carga de prueba menos el campo formado por un grupo de lugares cargados infinitesimalmente delgados frente a la carga de prueba, o:
Dado que la magnitud de un campo de un plano infinito infinitesimalmente delgado es y en este caso .
Esta es, de hecho, la respuesta que da el libro. ¿Mi proceso de pensamiento fue incorrecto? Es decir, ¿puede un volumen de carga realmente "empujar" como si fuera una carga puntual? No estaba muy seguro de si mi lógica era correcta y si podía confiar en esta idea en el futuro.
Si mi intuición estaba equivocada, ¿podría alguien explicar cómo se usaría la ley de Gauss en este problema?
Dado que en este problema se puede explotar una simetría (invariancia por traslación a lo largo de las direcciones atravesadas por la losa), es más fácil calcular el campo eléctrico mediante un uso inteligente del teorema de Gauss. Como dice su libro, esta es una técnica bastante estándar, que se usa, por ejemplo, para el plano infinito, cilindros infinitos (cables coaxiales), etc... La idea es que, como consecuencia de esta simetría de traslación, el campo eléctrico en cada punto tiene componente solo a lo largo de la dirección perpendicular a la losa. Además, el campo eléctrico que figura en la ley de Gauss es el total . Con todos estos consejos, ahora debería poder resolver su problema.
El ejemplo 7 en este sitio es exactamente igual a su problema http://physicspages.com/2011/10/04/gausss-law-examples/
Me gustaría aclarar algo aquí. La magnitud de un campo de un plano infinito infinitesimalmente delgado es . Usamos aqui no porque indique la densidad de carga plana ya que el plano es muy delgado. Esto es diferente de su problema en el que el plano tiene un grosor, por lo que la respuesta dada por su libro es correcta. Y una carga volumétrica no "empuja" como si fuera una carga puntual porque una carga volumétrica contiene una carga puntual infinita
tritenedor
fénix87