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Uma casca esférica não condutora de raio interno r1 e raio e

Uma casca esférica não condutora de raio interno R1 e raio externo R2 tem densidade de carga volumétrica (rhô) constante. (a) Determine a carga total na casca (b) Determine expressões para o campo elétrico para todas as regiões do espaço.
Física
1 resposta
Professor Rafael M.
Respondeu há 7 anos
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(a)
A carga total é igual ao produto da densidade volumétrica pelo volume V da casca:
Q = ρ V = (4/3) π ρ (R23 - R13)

(b)
O campo elétrico em todas as regiões do espaço pode ser encontrado aplicando-se a Lei de Gauss, que relaciona o fluxo do campo elétrico através de uma superfície com a carga envolta por ela.

No interior da esfera:
A qualquer distância r < R1 do centro da esfera, o campo é nulo, pois não há carga dentro de uma superfície esférica de raio r < R1, centrada no centro da casca esférica.

No interior da casca esférica:
Considerando uma superfície esférica de raio r, com R1 < r < R2, a carga dentro dessa superfície é (4/3) π ρ (r3 - R13). Pela Lei de Gauss,
Integral de (E . dS) = q / ε0,
A integral sobre a superfície é 4 π r2 E. Logo, o campo é E = (4/3) π ρ (r3 - R13) / (4 ε0 π r2), para R1 < r < R2.

No exterior da casca:
Novamente considerando uma superfície esférica, mas com raio r > R2, a carga dentro dessa superfície é constante, igual a (4/3) π ρ (R23 - R13), como no item (a).
Aplicando a Lei de Gauss, notando que a integral será novamente 4 π r2 E, o campo será
E = (4/3) π ρ (R23 - R13) / (4 ε0 π r2), para r > R2.

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