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[Risolto] Problema con condensatore ad armature piane

  

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Un condensatore ad armature piane circolari di raggio $r$, tra le quali c'è il vuoto, viene collegato a un circuito percorso da corrente alternata, di intensità $i(t)=i_v \cos (\omega t)$.
- Come varia nel tempo il campo magnetico dentro il condensatore a una distanza $d$ dall'asse del condensatore $($ con $d<r)$ ?
Con quale legge varia il campo elettrico nel condensatore? All'istante $t=0 s$ il campo elettrico è nullo.
$$
\left[B(t)=\frac{\mu_0 d}{2 \pi r^2} i_0 \cos (\omega t) ; E(t)=\frac{i_0}{\pi r^2 \omega \varepsilon_0} \sin (\omega t)\right]
$$

20230214 162705
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Il campo magnetico all'interno del condensatore ad armature piane circolari, a distanza $d$ dall'asse è dato dalla corrente di spostamento $i_{s}$ che ha valore:

$i_{s} \, = \, \epsilon_{0} \dfrac{d (\Phi E)}{dt}$  ossia :

$i_{s} \, = \, \epsilon_{0} \dfrac{d}{dt} \Biggl( \dfrac{\pi d^{2} \cdot \sigma}{\epsilon_{0}} \Biggr)\, = \, \dfrac{d}{dt} \Biggl( \dfrac{\pi d^{2} \cdot q}{ \pi \, r^{2} \, } \Biggr) \, = \, \dfrac{d}{dt} \Biggl( \dfrac{d^{2} \cdot q}{r^{2} \, } \Biggr) \, = \, \dfrac{d^{2}}{r^{2}} \cdot \dfrac{dq}{dt}$

Il flusso di $E$ è stato calcolato su una superfice circolare di raggio $d <r$. 

La $\dfrac{dq}{dt}$ è esattamente la corrente che scorre nel circuito cioè: $i_{0} cos(\omega \, t)$, di conseguenza:

$B(t) \, = \, \dfrac{\mu_{0} \cdot i_{s}}{2 \pi \, d} \, = \, \dfrac{\mu_{0} \cdot \frac{d^{2} \, i_{0} cos(\omega \, t)}{r^{2}}}{2 \pi \, d} \, = \, \dfrac{\mu _{0} \, d }{2 \pi  r^{2}} i_{0} cos(\omega t) $

 

Il campo elettrico all'interno di un condensatore a facce piane parallele vale $E \, = \, \dfrac{\sigma}{\epsilon_{0}} \, = \, \dfrac{q}{\pi r^{2} \epsilon_{0}}$

ma la carica $q$ si può ricavare sapendo che la sua derivata rispetto al tempo è uguale alla corrente del circuito: $i(t) \, = \, i_{0} cos(\omega \, t)$

$dq \, = i(t) \longrightarrow \, q \, = \,{ \displaystyle \int_{0}^{t}{i_{0} cos(\omega \, t)}} \ dt \, = \, \dfrac{i_{0} sen(\omega \, t)}{\omega}$

$E(t) \, = \, \dfrac{i_{0} sen(\omega \, t)}{ \pi r^{2}\omega  \, \epsilon_{0}}$



Risposta
SOS Matematica

4.6
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