📋 Temas que cubre

  • Solución general de Laplace en coordenadas esféricas con polinomios de Legendre
  • Esfera conductora puesta en un campo eléctrico uniforme externo E0
  • Capacitancia: C=Q/ΔV y su cálculo para geometrías simples
  • Energía almacenada en un condensador
  • Condensadores en serie y paralelo

💡 Conceptos clave

Laplace en esfera

Con simetría azimutal, la solución general es V=∑ℓ(Aℓrℓ+Bℓr−(ℓ+1))Pℓ(cosθ). Los coeficientes se fijan con las condiciones de borde.

Esfera en campo uniforme

El campo uniforme impone V→−E0rcosθ lejos. La esfera (a V=0) distorsiona el campo: la solución combina el campo uniforme con un dipolo inducido.

Capacitancia

Mide cuánta carga puede acumular un sistema por unidad de voltaje. Depende solo de la geometría, no de Q ni V individualmente. Unidad: Farad [F] = C/V.

Energía del condensador

La energía almacenada en el campo eléctrico es U=12CV2=Q2/(2C). Esta energía es la que se libera al descargar el condensador.

📐 Fórmulas fundamentales

Esfera conductora (radio R, V=0) en campo uniforme E₀
El primer término es el campo uniforme; el segundo es el dipolo inducido. La densidad superficial: σ=3ε0E0cosθ.
Capacitancia
Placas paralelas: C=ε0A/d · Cilíndrico: C=2πε0L/ln(b/a) · Esférico: C=4πε0ab/(b−a).
Energía almacenada
Equivalentemente: U=ε02∫E2dV (energía almacenada en el campo eléctrico).
Combinación de condensadores
En serie: mismo Q, voltajes se suman. En paralelo: mismo V, cargas se suman.

🎯 Qué hay que entender

✦ Resolver Laplace paso a paso
  • Identifica la simetría (esférica, cilíndrica, planar) para elegir coordenadas.
  • Escribe la solución general con coeficientes indeterminados.
  • Aplica condición lejana: el potencial debe coincidir con el campo externo para r→∞.
  • Aplica condición de borde en el conductor (V=V0) para determinar los coeficientes restantes.