The solution at revision #16144 of , by igor. This is not the current version.

Условие

6.4.8∗. Плоский конденсатор изготовлен из двух лент ширины и длины . Расстояние между лентами . Определите емкость конденсатора, если его свернуть в многовитковый рулон радиуса .

Решение

[Корректное решение данной задачи приведено в "Принципы и практика решения задач по общей физике" ч.2 Электромагнетизм. А.Н. Паршаков (стр.104-107) изд. 2010 г. Его можно перенести сюда при возможности.]

Рулон предсталяем как свиток, где есть его внутренний радиус [1]. Разрежим мысленно рулон вдоль радиуса.

К задаче $6.4.8$
К задаче

Мы получили как бы множество цилиндрических конденсаторов, соединенных параллельно (сумма их емкостей есть емкость рулона).

Выберем один из цилиндрических конденсаторов с произвольным внутренним радиусом и, используя результат решения предыдущей задачи , запишем его емкость

ц

Аргумент логарифма можно представить как и, так как , использовать разложение логарифма в ряд до первого члена

Тогда емкость одного цилиндрического конденсатора для этой задачи переписывается:

ц

Метод индукции. Пронумеруем цилиндрические конденсаторы (кратко — конденсаторы), начиная с внутреннего (внутренний радиус которого ).

Для первого, второго, третьего конденсаторов имеем

Соответственно, для -го конденсатора:

Итак, сложим емкости отдельных конденсаторов , , , , и получим емкость рулонного конденсатора

здесь использовали формулу суммы натуральных чисел:

Количество конденсаторов в рулоне примерно равно

Подставим это в формулу для и упростим:

Примечание: задача решена в пособии [1]; также остается вопрос об учете емкости промежуточного слоя, на дающего соприкасаться лентам при сворачивании (в промежуточном слое должно образовываться поле, так как он разделяет проводники разного потенциала).

Литература

[1] Д. А. Александров. Поле заряженной плоскости. «Квант», 1998, №3.

[2] С. М. Козел. Парадоксы плоского конденсатора. «Квант», 1985, №8.

[3] Е. Ромишевский. Конденсатор в коробке и потенциальность кулоновского поля. «Квант»,
1998, №1.

[4] А. И. Черноуцан. Осторожно: магнитное поле. «Квант», 1999, №3.

Ответ