Considere uma superfície condutora plana infinita com densidade de carga
. Usando a Lei de Gauss, determine o campo elétrico em ambos os lados da superfície.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede pra gente encontrar o campo elétrico em ambos os lados de uma superfície condutora plana infinita com densidade de carga
, usando a Lei de Gauss. A gente vai precisar lembrar como funciona a Lei de Gauss e como aplicá-la em situações com simetria, tipo essa superfície plana infinita.
Passo 2
Primeiro, vamos pensar na melhor forma de aplicar a Lei de Gauss aqui. Como a superfície é infinita e plana, a gente sabe que o campo elétrico vai ser perpendicular à superfície e ter a mesma intensidade em qualquer ponto a uma mesma distância dela. Então, vamos escolher uma superfície gaussiana que aproveite essa simetria. O mais simples é usar um cilindro gaussiano, também chamado de “disco de Gauss”, que tem duas faces paralelas à superfície condutora.
Passo 3
Agora, vamos aplicar a Lei de Gauss, que diz que o fluxo elétrico total através da superfície gaussiana é igual à carga total dentro dela dividida por
(a constante de permissividade do vácuo). Matematicamente, fica assim:
Como escolhemos o cilindro gaussiano perpendicular à superfície, o campo elétrico
é paralelo às faces do cilindro e perpendicular às laterais. Assim, o fluxo através das laterais é zero, e o fluxo total vira a soma dos fluxos pelas duas faces:
Passo 4
Simplificando a equação, temos:
Podemos dividir ambos os lados por
para isolar
:
Resposta
O campo elétrico em ambos os lados da superfície condutora plana infinita é igual a
, direcionado perpendicularmente para fora da superfície.