Enunciado

dificultad

Una esfera conductora E1 posee una carga q1 = 0.8 C y una capacidad C1 = 15 mF. Otra esfera similar E2, posee una carga q2 = 0.8 C y una capacidad C2 = 10 mF. Si ambas se encuentran separadas para no interferir eléctricamente entre ellas y se conectan por medio de un hilo conductor de capacidad despreciable:

a) Determinar si existe desplazamiento de cargas en las esferas y en que sentido.
b) Determinar la carga de cada esfera una vez que se encuentren en equilibrio eléctrico. 

Solución

Cuestión a)

Datos

q1 = 0.8 C
C1 = 15·10-3 F
q2 = 0.8 C
C2 = 10·10-3 F = 10-2 F

Resolución

Ambas esferas poseen el mismo exceso de carga positiva, sin embargo cada una de ellas tiene distinta capacidad. Sabemos que el desplazamiento de cargas positivas se realiza desde zonas de mayor potencial a menor potencial, por esta razón vamos a determinar el potencial eléctrico de cada una de las esferas.

Dado que la esfera E2 posee mayor potencial que E1, parte de sus cargas positivas se moverán hacia la esfera E1.

Cuestión b)

Las esferas alcanzarán el equilibro cuando ya no se muevan más cargas entre ellas y eso ocurrirá cuando el potencial de ambas sea el mismo, es decir, V1=V2, o lo que es lo mismo ΔV=0. Atendiendo a la definición de capacidad eléctrica:

Desconocemos el valor de q1 y q2, sin embargo según el principio de conservación de la carga, la carga que poseían las esferas antes de conectarse y después de conectarse debe ser la misma, es decir:

Resolviendo el sistema de ecuaciones que tenemos: