Условие
6.4.3. $\textbf{а. }$ Определите емкость плоского конденсатора, если известна площадь пластин $S$ и расстояние между ними $d$.
$\textbf{б. }$ Площадь пластин плоского конденсатора 20 $см^{2}$, расстояние между пластинами 3 мм. Определите емкость конденсатора в СГС и СИ.
Решение
$\textbf{а. }$ Ёмкость конденсатора определяется как:
$$C=\frac{q}{U}$$
Для плоского конденсатора, где поле между пластинами однородное, напряжённость поля:
$$E=\frac{U}{d}$$
По теореме Гаусса в системе СИ:
$$E=\frac{\sigma}{\varepsilon_{0}}=\frac{q}{\varepsilon_{0}S}$$
Подставим в выражение для напряжения:
$$U=Ed=\frac{qd}{\varepsilon_{0}S}$$
Теперь найдём ёмкость:
$$C=\frac{q}{\frac{qd}{\varepsilon_{0}S}}=\frac{\varepsilon_{0}S}{d}$$
$\textbf{б. }$ В системе СИ посчитаем ёмкость конденсатора $C=\frac{\varepsilon_{0}S}{d}$, подставляя числовые данные, получим:
$$C=5,9\cdot 10^{-12} \text{ Ф}=5,9 \text{ пФ}$$
В системе СГС теорема Гаусса имеет вид:
$$\Phi = \int \vec{E} \cdot d\vec{S} = 4\pi q$$
Напряжённость поля:
$$E=\frac{4\pi q}{S}$$
Ёмкость конденсатора в СГС:
$$C=\frac{q}{U}=\frac{q}{Ed}=\frac{q}{\frac{4\pi qd}{S}}=\frac{S}{4\pi d}$$
Подставляя числовые значения, получим:
$$C=5,3 \text{ см}$$
Ответ
$\textbf{а. }$ $C=\frac{\varepsilon_{0}S}{d}$
$\textbf{б. }$ $C=5,9 \text{ пФ в СИ}$
$C=5,3 \text{ см в СГС}$