Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 3 - Eletromagnetismo - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 23.Problemas Adicionais - Ex. 64
O campo elétrico em uma certa região do espaço é dado por , com em metros. Considere uma superfície gaussiana cilíndrica, de raio , coaxial com o eixo x. Uma das bases do cilindro está em . (a) Determine o valor absoluto do fluxo elétrico através da outra base do cilindro, situada em . (b) Determine a carga no interior do cilindro.
Passo 1
Olá, meu nobre amigo. Yuri aqui e estarei te ajudando a resolver essa atividade. A questão deixou um pouco claro que aqui queremos utilizar a Lei de Gauss para determinar o fluxo elétrico produzido pelo campo elétrico e também iremos determinar a carga no interior do cilindro.
Passo 2
- O fluxo elétrico através da outra extremidade do cilindro é
onde A é a área da base do cilindro. Toda a base do cilindro está no mesmo plano , então o campo elétrico é constante para toda a área A. Os vetores e estão na mesma direção, então podemos escrever:
A área é dada por
Quando ligamos m entendemos que o fluxo é igual
Passo 3
Precisamos encontrar a carga líquida que está contida dentro do cilindro. Para este propósito, podemos usar a Lei de Gauss:
Onde é a carga líquida dentro de uma superfície fechada imaginária e
é o fluxo líquido do campo elétrico através da superfície.
No nosso caso, o fluxo total é igual à soma dos fluxos através das duas bases. O fluxo através das paredes externas do cilindro é zero, porque o campo elétrico não tem componente perpendicular à superfície das paredes externas.
O fluxo total é dado por:
onde é o fluxo através da base do cilindro localizada em (derivado na parte anterior).
Então, sabemos que .
O fluxo através da base do cilindro localizada em é , semelhante à parte anterior:
Para e obtemos:
Agora podemos encontrar o fluxo líquido :
Pela Lei de Gauss, , podemos encontrar :
A constante é igual a :
Portanto, a carga líquida contida dentro do cilindro é