Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Síklemez elektrosztatikus tere

574
Meghatározandó egy végtelen kiterjedésű, egyenletesen feltöltött síklemez elektrosztatikus tere a Coulomb-törvény explicit integrálásával (tehát NEM a Gauss-törvény segítségéve!)
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
0
Felsőoktatás / Fizika

Válaszok

1
Legyen a síklemez felületi töltése `sigma`! A cél, hogy meghatározzuk az elektromos térerősséget a síktól `r` távolságban (az feladat geometriájának eltolásinvarianciája miatt nyilvánvaló, hogy a térerősség a távolságon kívül mástól nem függhet). Vegyük fel az x-y koordinátarendszert a lemezen, és helyezzünk el egy `Q_0` ponttöltést a sík `x=0`, `y=0` pontja fölött, attól `r` távolságban!

A `Q_0` töltés a sík egy tetszőleges `(x, y)` pontjától `sqrt(x^2+y^2+r^2)` távolságra van. Jelöljük `q`-val a sík egy adott pontjában elhelyezkedő differenciális töltést. Erről azt tudjuk, hogy konstans (mivel egyenletes a töléseloszlás), valamint a teljes síkra vett integrálja visszaadja a `sigma` össztöltést.

Ezekkel a megfontolásokkal a sík `(x,y)` pontja által a `Q_0` töltésre kifejtett erőjárulék:
`dF(x,y)=1/(4 pi epsilon) (qQ_0)/(x^2+y^2+r^2)`

Ha az erőjárulékot integráljuk a teljes sík mentén, akkor megkapjuk a ponttöltésre kifejtett erőt. Az integrálást vektoriálisan kell csinálni, hiszen `dF` iránya nem mindig ugyanolyan. Viszont a szimmetria miatt nyilvánvaló, hogy a síkra nem merőleges komponensek ki fogják ejteni egymást, tehát elég `dF`-nek a síkra merőleges komponensét integrálnunk:

`dF_m(x,y)=dF(x,y)*r/sqrt(x^2+y^2+r^2)``=``1/(4 pi epsilon) (qQ_0r)/(x^2+y^2+r^2)^(3/2)`

Végezzük el az integrálást:

`F(x,y)=int_-infty^infty int_-infty^infty dF_m(x,y) dxdy``=``(sigma Q_0r)/(4 pi epsilon)int_-infty^infty int_-infty^infty (x^2+y^2+r^2)^(-3/2) dxdy``=``(sigma Q_0 r)/(4 pi epsilon)*(2pi)/r``=``(sigma Q_0)/(2 epsilon)`

Tehát az erő megvan, az elektromos térerősséget megkapjuk, ha ezt elosztjuk `Q_0`-val:

`E=F/Q_0=sigma/(2 epsilon)`

Szerencsére ez megegyezik a Gauss-törvényből adódó eredménnyel:

http://farside.ph.utexas.edu/teaching/302l/lectures/node27.html
Módosítva: 5 éve
0