Questão: Considere uma camada de carga distribuídas volumetricamente ao vácuo, com a densidade volumétrica de carga dada pela seguinte função da coordenada cartesiana x:
p(x)= p° (1-x²/a²) ; |x| < a,
onde p° e a (a>0) são constantes e p(x) =0 para |x| >a. Determine o vetr campo elétrico dentro e fora da camada carregada, sendo a distribuição de carga simétrica em relação ao plano x=0 e 2a a espessura da camada.
Para determinarmos o vetor campo elétrico, realizaremos os cálculos abaixo:
\(\begin{align} & D={{p}^{0}}\left( \frac{1-{{x}^{2}}}{{{a}^{2}}} \right) \\ & \\ & E=\frac{Q}{4\pi \varepsilon {{r}^{2}}}a \\ & E=\frac{D}{\varepsilon } \\ & E=\frac{{{p}^{0}}\left( \frac{1-{{x}^{2}}}{{{a}^{2}}} \right)}{\varepsilon } \\ & E=\frac{\int_{0}^{2a}{{{p}^{0}}\left( \frac{1-{{x}^{2}}}{{{a}^{2}}} \right)}}{\varepsilon } \\ & E=\frac{\frac{{{p}^{0}}}{{{a}^{2}}}\int_{0}^{2a}{\left( 1-{{x}^{2}} \right)}}{\varepsilon } \\ & E=\frac{\frac{{{p}^{0}}}{{{a}^{2}}}\left( x-\frac{{{x}^{3}}}{3} \right)_{0}^{2a}}{\varepsilon } \\ & E=\frac{\frac{{{p}^{0}}}{{{a}^{2}}}\left( 2a-\frac{{{(2a)}^{3}}}{3} \right)}{\varepsilon } \\ & E=\frac{\frac{{{p}^{0}}}{{{a}^{2}}}\left( 2a-\frac{8{{a}^{3}}}{3} \right)}{\varepsilon } \\ & E=\frac{{{p}^{0}}\left( \frac{6-8{{a}^{2}}}{3a} \right)}{\varepsilon } \\ \end{align} \)
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