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Carica su una sfera.
Inviato: 29 ago 2016, 15:11
da Flaffo
Una carica

è posta al centro di una sfera conduttrice di raggio interno

e raggio esterno

(dove

non è trascurabile) fatta con un materiale di resistività

. Trovare la carica che si accumula sulla superficie interna della sfera in funzione del tempo.
Re: Carica su una sfera.
Inviato: 29 ago 2016, 17:23
da Tatakai
Sia Q la carica sulla sfera più esterna e -Q quella sulla sfera interna.
Metodo sconcio:
Indovino che l'andamento sia esponenziale avendo visto come si comportano un'induttanza o un condensatore: allora la risposta è
 = q_0 (1-e^{\frac{-t}{\tau}}))
con tau un tempo da costruire con rho e epsilon0.

ha le unità di un tempo, quindi quello sarà tau. I limiti per t-->0 e infinito funzionano. Spoiler: è la soluzione giusta.
Soluzione pulita:
Sia I la corrente (radiale ovviamente). Considera un elemento di volume della sfera di area dA e "spessore radiale" dr a distanza r dal centro: calcoli la resistenza, la corrente e la ddp in quel pezzetto e le metti in relazione secondo Ohm. resistenza dR= rho * dr/dA dalla definizione di resistività; dI = I/(4pi r^2) * dA facendo una proporzione e considerando la simmetria sferica della corrente; per la ddp ti serve prima

per ottenere
 \frac{dr}{r^2})
. Nota che V è Vb + Vr con Vb il potenziale per arrivare da infinito a b, che è

(chiedi se non ti torna). Vr con r fra a e b invece dipende dalla carica dentro r, cioè q-Q. Ponendo dI=dV/dR ottieni (si semplificano dr e dA e quasi tutto il resto)

(in realtà rimane il segno - da dV, ma puoi cancellarlo se consideri che nella legge di Ohm si guarda ai moduli). Una integratita degli ultimi 2 membri separando le variabili ti da il risultato atteso.
Re: Carica su una sfera.
Inviato: 7 set 2016, 12:25
da AleDonda
Non è un po' strano che il risultato sia indipendente da a e b?

Con un ragionamento simile ho ottenuto che
=q_0 (1- e^{- \alpha t \over \rho \epsilon_0 }))
, dove
^2 \over ab})
.
Re: Carica su una sfera.
Inviato: 7 set 2016, 21:00
da Flaffo
A occhio direi che all'aumentare di

, aumenta la resistenza, ma allo stesso tempo aumenta in modo uguale anche la differenza di potenziale che porta ad una maggiore corrente che attraversa una maggiore resistenza.. i due effetti si compensano, come puoi vedere meglio nei calcoli
Re: Carica su una sfera.
Inviato: 8 set 2016, 1:19
da AleDonda
Mi verrebbe da dire che il potenziale in funzione delle distanze radiali non ha lo stesso andamento della resistenza(proporzionalità diretta), quindi non si compensano e il risultato risulta dipendente da a e b . Comunque non disponi di un risultato?
Re: Carica su una sfera.
Inviato: 8 set 2016, 7:15
da Flaffo
Attento.. la resistenza non ha proporzionalità diretta.
Il risultato giusto è
)
Re: Carica su una sfera.
Inviato: 8 set 2016, 10:06
da guido
AleDonda fa un ragionamento che appare convincente e quindi spinge ad approfondire.
D'altra parte l'intensità di corrente riguarda per definizione la carica che passa nell'unità di tempo attraverso la sezione del conduttore (sup.sferica di raggio r) con i relativi dV e dR il cui rapporto in questo caso, non dipende da r e quindi nemmeno da a e b. Infatti
)/(4\pi.r^2\epsilon_0)].dr; dR=(\rho/4\pi.r^2).dr)
per cui
=dQ(t)/dt= [q-Q(t)]/(\rho.\epsilon_0))
da cui il risultato di Flaffo. Insomma il loro rapporto non dipende da r poichè ciascuno ne dipende allo stesso modo.
Re: Carica su una sfera.
Inviato: 8 set 2016, 11:32
da AleDonda
Capito, grazie mille!