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Grado 12 de la física de los campos eléctricos pregunta

La pregunta es:

La inicial de la intensidad de campo eléctrico entre placas paralelas con cargas opuestas es $3.0\cdot 10^3 \frac{N}{C}$. ¿Qué sería de la intensidad de campo eléctrico llegar a ser si la mitad de los cargos fueron retirados de cada plato, y la separación de las placas se ha reducido de 12 mm a 8 mm?

Pertinentes ecuaciones: $E=\frac{kq}{r^2}$

$k=9.0\cdot 10^9$

Mi intento de solución:

Lo primero que hice esto para encontrar la q:

$3\cdot 10^3=\frac{9\cdot 10^9 q}{0.012m^2}$

$9\cdot 10^9 q=0.432$

$q=4.8\cdot 10^{-11}$

Luego me puse a q en la siguiente parte para encontrar la nueva fuerza del campo eléctrico:

$E=[(9\cdot 10^9)((4.8\cdot 10^{-11})/2)]/(0.008m^2)$

$E=3375$ o $3.4\cdot 10^3 \frac{N}{C}$

Pero la respuesta es $1.5\cdot 10^3 \frac{N}{C}$

¿Qué hice mal?

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codeincarnate Puntos 745

De fondo

Entiendo que su libro no ha mencionado aún la ecuación que describe condensadores de placas paralelas. Sin embargo, si se ha hablado brevemente sobre ellos y ha mencionado que la carga varía linealmente con el campo eléctrico entre ellos y que las líneas de campo eléctrico son paralelas, entonces la respuesta todavía puede ser alcanzado. El aproximado de campo eléctrico de un condensador de placas paralelas está dada por:

$$\vec{E} = \frac{\sigma}{\mathcal{E}_0}$$

Este es un aproximado de la ecuación, porque se supone que las placas son de longitud infinita, o $l \gg s$ donde $l^2$ es el área de uno de los dos platos cuadrados y $s$ es de las placas de separación. Esencialmente, esto significa que si las dimensiones de la placa son suficientemente mayor que la distancia de ellos a partir de la cual se está midiendo, entonces la ecuación anterior se transforma en la más exactos.

En esta ecuación, $\sigma$ representa el área de la densidad de carga, es decir, la carga por unidad de área, o $\frac{q}{A}$. Así, podemos reescribir la ecuación anterior como:

$$ \vec{E} = \frac{1}{\mathcal{E}_0 A} \cdot |q| $$

La carga de la $q$ es en valor absoluto entre paréntesis porque una placa será negativo y el otro positivo. Esta $q$ simplemente describe la magnitud de la carga en una placa, que será igual a la carga en el otro.

Solución Con La Ecuación

Esto parece como un ejemplo clásico de un problema que está tratando de llegar a encontrar el total de los factores por los que la respuesta va a cambiar. La manera más sencilla de hacer esto es buscar en la ecuación anterior, y ver que $|q|$ es directamente proporcional a $\vec{E}$. Esto significa que si $|q|$ se corta en la mitad, o se multiplica por un factor de 0.5, entonces el campo eléctrico también se cambia por un factor de 0.5.

Desde la separación de las placas no entra en juego en esta ecuación, no va a tener un efecto en el campo eléctrico. Esto es más probable que se incluye en la pregunta lanzarle.

Por lo tanto, el campo eléctrico va a cambiar por un factor de 0.5 debido al cambio en la carga, y no va a cambiar debido a que el cambio en la separación de las placas. Por lo que la red factor de cambio es de 0,5.

$$ 3.0 \times 10^3 \frac{\text{N}}{\text{C}} * 0.5 = 1.5 \times 10^3 \frac{\text{N}}{\text{C}} $$

Solución De La Ecuación

Como he dicho anteriormente, si usted sabe que el campo eléctrico en paralelo un condensador de placas varía linealmente con la carga de sus placas, entonces usted sabe que el corte de la carga en la mitad también reducir a la mitad el campo eléctrico entre las placas.

La parte más interesante de este problema proviene del hecho de que la placa de separación no cambia el campo eléctrico. La idea aquí es que, si el área de las placas es suficientemente mayor que la distancia entre ellos-estas cantidades tienen diferentes dimensiones, por lo que es probable que sea mejor para comparar la longitud lateral de una placa cuadrada de la placa de separación-entonces podemos aproximar las placas como ser infinitamente larga desde la perspectiva del espacio directamente entre ellos. A medida que nos acercamos más y más cerca del borde, esta aproximación se desmorona.

El hecho clave es darse cuenta de que las líneas de campo eléctrico nunca se cruzan. Una solución explicación es que la dirección de la red eléctrica de fuerza sobre un objeto está determinado por la red dirección del campo eléctrico en ese objeto. Si las líneas de campo cruzado, entonces el objeto se haría sentir dos diferentes eléctrica neta de fuerzas: no es imposible.

Debido a que las líneas de campo eléctrico puede cruzar, y la placa es esencialmente infinito, las líneas deben ser paralelas. Si las líneas de campo no fueron paralelas en el infinito de la placa, entonces necesariamente la cruz. También, la intensidad de campo depende de la densidad de líneas de campo. Si las líneas son paralelas, entonces el campo de fuerza no cambia con la distancia, y las líneas no crecen más espaciados.

Por lo tanto, el campo eléctrico se reduce a la mitad debido a los cargos, y no hay ningún efecto debido a la separación de las placas.

$$ 3.0 \times 10^3 \frac{\text{N}}{\text{C}} * 0.5 = 1.5 \times 10^3 \frac{\text{N}}{\text{C}} $$

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