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| | | |-+  Densidades de cargas de polarización disco dieléctrico en campo B
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Autor Tema: Densidades de cargas de polarización disco dieléctrico en campo B  (Leído 329 veces)
Iro
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« en: Julio 02, 2009, 08:04:34 »

Un disco dieléctrico de espesor h y radio R y de permitividad eléctrica epsilon, gira en torno a su eje a una velocidad angular omega en el seno de un campo magnético B uniforme y perpendicular al plano del disco. Calcular las densidades de cargas de polarización inducidas, volumétrica y superficiales. Calcular la carga inducida total, volumétrica y superficial.
Gracias.
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« Respuesta #1 en: Julio 21, 2009, 11:16:38 »

Un punto en el interior del disco de conductividad \displaystyle \sigma se mueve a velocidad \displaystyle \vec{v} respecto de un sistema de referencia fijo, la densidad de corriente eléctrica en dicho punto respecto de dicho sistema viene dada por:
\displaystyle \vec{J}=\sigma(\vec{E}+\vec{v}\times\vec{B})
Tomando divergencias en ambos lados de la igualdad, suponiendo condiciones de equilibrio y homogeneidad del medio:
\displaystyle \nabla\cdot\vec{E}=-\nabla\cdot(\vec{v}\times\vec{B})
Existe una densidad de carga espacial asociada a la divergencia del campo eléctrico:
\displaystyle \rho=\epsilon_r\epsilon_0\nabla\cdot\vec{E}=-\epsilon_r\epsilon_0\nabla\cdot(\vec{v}\times\vec{B})=\epsilon_r\epsilon_0[\vec{v}\cdot(\nabla\times\vec{B})-\vec{B}\cdot(\nabla\times\vec{v})] (1)

Los electrones de conducción del disco no pueden escapar del dieléctrico ni cierran ningún circuito (\displaystyle \vec{J}=0):
\displaystyle \nabla\times\vec{B}=\mu_0\vec{J}=0
Se toman coordenadas cilíndricas, el disco rota con velocidad angular \displaystyle \omega
\displaystyle \vec{v}=\omega r \hat{\phi} ; \displaystyle \nabla\times\vec{v}=2\omega\hat{z}  , sustituyendo en (1):

\displaystyle \rho=-2\epsilon_r\epsilon_0\omega B_z
la carga total asociada a esta densidad de carga libre sería:
\displaystyle Q_t=\pi R^2 h \rho=-\pi R^2 h 2\epsilon_r\epsilon_0\omega B_z
Debe haber una carga superficial distribuída sobre la periferia del disco que compense a esta carga espacial distribuída por el volumen del disco, de igual valor pero de signo contrario, mañana vemos cómo deducirla (a menos que alguien se anime y postee)
« Última modificación: Julio 22, 2009, 08:01:56 por orubi1969 » En línea

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« Respuesta #2 en: Julio 23, 2009, 10:58:52 »

El campo eléctrico asociado a la densidad de carga espacial (tomando un cilindro como superficie gaussiana) es: \displaystyle \vec{E}_{\rho}=-\frac{\pi r^2 \rho}{2\pi \epsilon_0 r}\hat{r}=-\omega r B_z \hat{r}=-\vec{v}\times\vec{B}\hat{r}
Una carga eléctrica en el disco sufre el efecto de los dos campos \displaystyle \vec{E}_{\rho} y \displaystyle \vec{v}\times\vec{B}, pero acabamos de ver como ambos se cancelan mutuamente en el interior del disco. En el borde del disco tendremos una distribución de carga superficial (calcular desplazamiento) \displaystyle \sigma=\epsilon_r\epsilon_0\omega R B_z, con lo que en la periferia del disco se tiene una carga \displaystyle Q_{t(per)}=2 \pi R h \sigma=2 \pi R h \epsilon_r\epsilon_0\omega R B_z
La carga superficial en la periferia del disco compensa la carga espacial distribuída por el volumen del disco.
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« Respuesta #3 en: Julio 23, 2009, 11:04:40 »

Hay que ver que bueno eres Orubi... y la gente que cara tiene plantando el problema para que se lo resuelvan sin ni si quiera dar más explicaciones
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http://defensa-atea.blogspot.com/   
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"No me intentes convencer de que TU DIOS existe; es un asunto entre ÉL y YO" ( esta es mía, made in me).
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« Respuesta #4 en: Julio 24, 2009, 08:17:29 »

Bueno, es que este usuario no entra desde el 5 de Julio. Pero creo que el problema es lo suficientemente especial como para dejar un esbozo de su solución en beneficio general del foro. Además, la condición \displaystyle \vec{J}=0 no es exacta, habría que tener en cuenta que la rotación de las cargas en el dieléctrico produce una \displaystyle J_{\phi} que da lugar a un campo magnético inducido de sentido contrario al campo magnético constante aplicado pero de magnitud despreciable en comparación. Y se puede demostrar.
Saludos.
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