Carga puntual entre dos placas planas conductoras
Placas conductoras perpendiculares

Consideremos dos placas conductoras planas e indefinidas conectadas a tierra, que se cruzan a lo largo del eje Z formando un ángulo de 90°. En la figura, se representa el corte en el plano z=0, es decir, el plano XY
Recordamos que el sistema formado por una carga y un conductor plano e indefinido conectado a tierra es equivalente a dos cargas una real y otra denominada imagen, iguales y opuestas
Situamos una carga +q en el punto de coordenadas polares (r0, α).
- La carga imagen de +q (r0, α) producida por el plano horizontal y=0 es -q (r0, -α), en color azul
- La carga imagen de +q (r0, α) producida por el plano vertical x=0 es -q (r0, π-α), en color azul
- La carga imagen de -q (r0, π-α) producida por el plano y=0 es +q (r0, π+α), en color rojo
Como vemos en la figura, se ha dibujado la carga +q, sus cargas imagen y las imágenes de las imágenes.

El potencial producido en el punto P (r, θ, z) por una carga +q situada en el punto (r0, θk) es
El potencial total creado en P por el sistema de cuatro cargas al que equivale el sistema formado por una carga positiva +q entre dos planos conductores conectados a tierra y que intersecan formando un ángulo de 90°, es
o bien
Conocido el potencial, calculamos el campo eléctrico
La primera es la componente a lo largo de la dirección radial, la última es la componente a lo largo del eje Z de intersección de los planos. Tenemos interés en la componente del campo perpendicular a los planos, Eθ
Carga en el plano horizontal

En la figura se representa el plano conductor horizontal. El campo eléctrico en el interior del conductor es cero, E=0. El campo eléctrico en las proximidades de un conductor es perpendicular a su superficie y viene dado por la componente Eθ para θ=0), que denominaremos E0
Tomamos una superficie cilíndrica cuyas bases tiene área S. Como en el interior del conductor el campo es cero, no hay flujo por la base inferior del cilindro, por la superficie lateral tampoco hay flujo. El flujo del campo eléctrico se produce a través de la base superior de la superficie cilíndrica
Sabiendo que la carga en el interior de la superficie cilíndrica es σS, aplicamos la ley de Gauss
La densidad de carga en el plano horizontal es
Carga total en cada placa conductora horizontal es
Tenemos que calcular las integrales dobles
Primero integramos respecto a z una función de la forma
Se hace un cambio de variable y se integra
La expresión de la carga en el plano horizontal se ha reducido a
Integramos una función de la forma
Haciendo el cambio u=tant, du=dt/cos2t, la integral es inmediata
El resultado final es
Carga en el plano vertical

En la figura se representa el plano conductor horizontal. El campo eléctrico en el interior del conductor es cero, E=0. El campo eléctrico en las proximidades de un conductor es perpendicular a su superficie y viene dado por la componente Eθ para θ=π/2, que denominaremos Eπ/2, dirigido hacia la placa
Tomamos una superficie cilíndrica cuyas bases tiene área S. Como en el interior del conductor el campo es cero, no hay flujo por la base izquierda del cilindro, por la superficie lateral tampoco hay flujo. El flujo del campo eléctrico se produce a través de la base derecha de la superficie cilíndrica
Sabiendo que la carga en el interior de la superficie cilíndrica es σS, aplicamos la ley de Gauss
La densidad de carga es
Integramos para obtener la carga en la placa conductora vertical
El procedimiento de integración lo hemos descrito en el apartado anterior, el resultado es
La suma de las cargas en el plano horizontal y en el plano vertical valen
Los planos conductores forman un ángulo π/n

Una vez que hemos estudiado el caso de una carga positiva entre dos planos conductores conectados a tierra que forman un ángulo de 90°, consideremos el caso más general, suponiendo que los planos conductores forman un ángulo π/n, donde n es un número entero. Por ejemplo, n=2, corresponde a planos perpendiculares
Consideremos que n=3, se sitúa una carga +q entre dos planos indefinidos conductores que forman un ángulo de π/3 rad ó 60°. La carga +q está a una distancia r0 del eje (recta de intersección de los dos planos) y forma un ángulo α=20° con el plano horizontal y un ángulo β=90-α=40° con el plano inclinado, tal como se muestra en la figura.
Creamos un script para mostrar las cargas imágenes de +q y las imágenes de las imágenes y sus posiciones angulares en un circunferencia de radio r0.
Donde el índice k va de 1 a 2n
ang=0:pi/180:2*pi; n=3; alfa=20*pi/180; beta=pi/n-alfa; hold on plot(cos(ang),sin(ang)) line([0,1.1],[0,0],'lineWidth',1.5, 'color','k') line([0,-1.1],[0,0],'lineWidth',1.5, 'color','k','lineStyle','--') line([0,1.1*cos(pi/n)],[0,1.1*sin(pi/n)],'lineWidth',1.5, 'color','k') line([0,-1.1*cos(pi/n)],[0,-1.1*sin(pi/n)],'lineWidth',1.5, 'color', 'k','lineStyle','--') for k=1:2:2*n th=(k-1)*beta+k*alfa; plot(cos(th),sin(th),'o','markersize',6,'markeredgecolor','r', 'markerfacecolor','r') th=(k+1)*beta+(k+1-1)*alfa; plot(cos(th),sin(th),'o','markersize',6,'markeredgecolor','b', 'markerfacecolor','b') end hold off axis equal ylim([-1.1,1.1])
El potencial producido en un punto P (r, θ, z), por el sistema de cargas positivas (rojas) y negativas (azules) es
Para k=1, la carga es positiva, para k=2 la carga es negativa y así, sucesivamente
Calculamos la componente Eθ del campo
Carga en el plano horizontal
La densidad de carga, aplicando la ley de Gauss en el plano conductor horizontal es
Comprobación: si ponemos n=2, β=π/2-α, sabiendo que las posiciones angulares de las cargas son: θ1=α, θ2=π-α, θ3=π+α, θ4=-α, obtenemos la misma expresión para la densidad de carga en el plano horizontal θ=0, que en el apartado anterior
Integramos para obtener la carga en dicho plano conductor
Utilizamos MATLAB para obtener el resultado de la suma y para comprobar que es múltiplo del ángulo β, teniendo en cuenta que
n=3; alfa=20*pi/180; beta=pi/n-alfa; suma=0; for k=1:2:2*n th=(k-1)*beta+k*alfa; suma=suma+(-1)^k*(sign(sin(th))*pi/2+atan(1/tan(th))); th=(k+1)*beta+(k+1-1)*alfa; suma=suma+(-1)^(k+1)*(sign(sin(th))*pi/2+atan(1/tan(th))); end disp(suma/beta)
-6.0000
El resultado de la suma es -2nβ. Se puede comprobar variando el ángulo β, o n
La carga en la placa conductora horizontal es
El mismo resultado que hemos obtenido anteriormente, con n=2 y β=π/2-α
Carga en el plano inclinado
La densidad de carga en el plano inclinado π/n es
Comprobación: si ponemos n=2, β=π/2-α, sabiendo que las posiciones angulares de las cargas son: θ1=α, θ2=π-α, θ3=π+α, θ4=-α, obtenemos la misma expresión para la densidad de carga en el plano vertical θ=π/2 que en el apartado anterior
Integramos para obtener la carga en dicho plano
Utilizamos MATLAB para obtener el resultado de la suma y comprobar que es un múltiplo del ángulo α
n=3; alfa=20*pi/180; beta=pi/n-alfa; suma=0; for k=1:2:2*n th=(k-1)*beta+k*alfa; suma=suma+(-1)^k*(sign(sin(pi/n-th))*pi/2+atan(1/tan(pi/n-th))); th=(k+1)*beta+(k+1-1)*alfa; suma=suma+(-1)^(k+1)*(sign(sin(pi/n-th))*pi/2+atan(1/tan(pi/n-th))); end disp(suma/alfa)
-6.0000
El resultado de la suma es -2nα. La carga en la placa conductora inclinada es
La suma de las cargas en ambas placas conductoras es
Referencias
Markus Zahn. Point charge between two paralell grounded planes. Am. J. Phys. Vol. 44, No. 11, November 1976, pp. 1132-1134