¿Es aplicable la ley de Gauss a las cargas de imagen en electrostática?

Tomemos, por ejemplo, el ejemplo estándar con una carga al frente (distancia d desde el centro) de una esfera conductora puesta a tierra de radio a . No es difícil demostrar que la carga de la imagen relevante será q a / d A una distancia a 2 / d desde el centro

Sin embargo, ¿la carga de la imagen es el valor de la carga neta inducida en la esfera? ¿Se aplica la ley de Gauss en esta situación? ¿O tenemos que tomar la ruta difícil de encontrar el campo eléctrico a partir del potencial, luego la densidad de carga y la integración alrededor de todo el conductor?

Respuestas (1)

En el caso de que la carga original esté fuera de la esfera y la carga imagen esté dentro:

  • Considere una superficie gaussiana justo fuera del conductor
  • En esta región, el campo eléctrico debido a la carga inducida es exactamente el mismo que el campo eléctrico que sería debido a la carga imagen.
  • Por lo tanto, el flujo eléctrico es igual a q en / ϵ 0 dónde q en es la carga de la imagen
  • Por la ley de Gauss, la carga contenida en el interior es q en , y esta es la carga inducida.

Por supuesto, el paso crucial es que debe dibujar la superficie gaussiana fuera del conductor. Para una superficie gaussiana dentro del conductor, los campos de imagen y los campos reales no coincidirían.

En el caso de que el cargo original q está dentro de la esfera, este razonamiento falla, porque es imposible dibujar una superficie gaussiana que se encuentre completamente dentro de la esfera (para que coincida el campo de carga de la imagen) y que contenga las cargas inducidas (que están en la superficie interna de la esfera) . Pero en este caso el cálculo es fácil, debemos tener q en = q por el argumento de blindaje estándar.