Come si calcola il campo elettrico generato da una sfera conduttrice carica?

Come si calcola il campo elettrico generato da una sfera conduttrice carica? Scopri la formula e i principi per determinare l’intensità del campo elettrico.

Come si calcola il campo elettrico generato da una sfera conduttrice carica?

Il calcolo del campo elettrico generato da una sfera conduttrice carica è un argomento fondamentale nell’elettromagnetismo. La soluzione a questo problema può essere ottenuta utilizzando la legge di Gauss e si divide in due casi: il calcolo del campo elettrico all’esterno della sfera e il calcolo del campo elettrico all’interno della sfera.

Campo elettrico all’esterno della sfera

Se ci troviamo al di fuori della sfera conduttrice carica, possiamo utilizzare la legge di Gauss per semplificare i calcoli. La legge di Gauss afferma che:

\[
\oint_S \mathbf{E} \cdot d\mathbf{A} = \frac{Q_{int}}{\epsilon_0}
\]

dove S è una superficie gaussiana, \(\mathbf{E}\) è il campo elettrico, \(\epsilon_0\) è la costante dielettrica del vuoto e \(Q_{int}\) è la carica totale interna alla superficie gaussiana.

Poiché la sfera è conduttrice e la carica è distribuita uniformemente sulla sua superficie, possiamo considerare una superficie sferica gaussiana di raggio \(r\) > \(R\) (dove \(R\) è il raggio della sfera conduttrice) concentrica con la sfera. La simmetria sferica implica che il campo elettrico \(\mathbf{E}\) è radiale e ha la stessa magnitudine in tutti i punti equidistanti dal centro della sfera. Questo ci permette di scrivere l’integrale di Gauss come:

\[
E \cdot 4\pi r^2 = \frac{Q}{\epsilon_0}
\]

dove \(Q\) è la carica totale sulla sfera. Da questa equazione, si ottiene che il campo elettrico \(E\) a una distanza \(r\) dal centro della sfera è dato da:

\[
E = \frac{Q}{4\pi\epsilon_0 r^2}
\]

Questa espressione è simile a quella del campo elettrico generato da una carica puntiforme \(Q\) situata al centro della sfera.

Campo elettrico all’interno della sfera

All’interno di una sfera conduttrice carica (per \(r\) < \(R\)), il campo elettrico è zero. Questo è perché in equilibrio elettrostatico, le cariche in un conduttore si distribuiscono sulla superficie esterna e non vi sono cariche nette all'interno del conduttore stesso.

Di conseguenza, poiché non ci sono cariche all’interno della sfera per contribuire al campo elettrico, usando la legge di Gauss per una superficie gaussiana interna alla sfera (r < R) otteniamo:

\[
\oint_S \mathbf{E} \cdot d\mathbf{A} = 0
\]

Il che implica che:

\[
E = 0
\]

Sommario

  • Esternamente alla sfera: \(E = \frac{Q}{4\pi\epsilon_0 r^2}\)
  • Internamente alla sfera: \(E = 0\)

Questi risultati mostrano come l’uso della legge di Gauss possa semplificare notevolmente il calcolo del campo elettrico in problemi con simmetria sferica.

header - logo

The primary purpose of this project is to help the public to learn some exciting and important information about electricity and magnetism.

Privacy Policy

Our Website follows all legal requirements to protect your privacy. Visit our Privacy Policy page.

The Cookies Statement is part of our Privacy Policy.

Editorial note

The information contained on this website is for general information purposes only. This website does not use any proprietary data. Visit our Editorial note.

Copyright Notice

It’s simple:

1) You may use almost everything for non-commercial and educational use.

2) You may not distribute or commercially exploit the content, especially on another website.