The solution before revision #16164 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

Рулон представляем как свиток, где есть его внутренний радиус, как это предложено в пособии [1]. Разрежем мысленно рулон вдоль радиуса.

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

Так как , разложим логарифм в ряд до первого члена

Тогда емкость одного цилиндрического конденсатора для этой задачи переписывается:

ц

Метод индукции [2]. Пронумеруем цилиндрические конденсаторы (кратко — конденсаторы), начиная с внутреннего (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 арифметической прогрессии:

Количество конденсаторов в рулоне вычислим также по методу индукции

и компактно

здесь опять использовали формулу суммы арифметической прогрессии.

Подскобочное выражение в предыдущей формуле равно подскобочному выражению в формуле емкости и при подстановке эта самая емкость получается как полное приближение плоского конденсатора

Примечание: решение задачи в несколько измененной формулировке предлагается 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) [3–6].

У Савченко ответ другой: .

В этом решении считаем, что Савченко под подразумевал именно внутренний радиус рулона.

Припоминается, что решение задачи о сплошном рулоне также давало приближение плоского конденсатора даже при интегрировании элементарных цилиндрических емкостей.

Литература

[1] "Принципы и практика решения задач по общей физике". Ч.2: Электромагнетизм. А.Н. Паршаков. Изд. 2010 г (стр.104–107).

[2] Б. Мукушев. Решение физических задач с помощью метода индукции. «Квант», 2025, № 8.

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

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

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

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

Ответ