При условии, что конденсатор от источника напряжения не отключается.
Цилиндрический воздушный конденсатор длиной l = 20 см, радиусом внутреннего цилиндра r1 = 0,5 см и внешнего r2 = 2,5 см включен на напряжение 20 кВ. Определить заряд конденсатора, минимальную и максимальную напряженность электрического поля.
Решение
Рисунок 3 - Цилиндрический конденсатор
Разность потенциалов цилиндрического конденсатора определяют по формуле
U=φ1-φ2=q2πεε0llnr2r1, (6)
где q – заряд конденсатора,
ε – относительная диэлектрическая проницаемость материала между обкладками, для воздуха равна 1,
ε0 – электрическая постоянная и равна 8,85ꞏ10-12 Ф/м,
l – длина конденсатора,
r1 – радиус внутреннего цилиндра,
r2 – радиус внешнего цилиндра.
Тогда из формулы (6) находим заряд конденсатора
q=2πεε0lUlnr2r1=2∙3,14∙1∙8,85∙10-12∙0,2∙20∙103ln0,0250,005 Ф∙м∙Вм=138,13∙10-9 Кл = 138,13 нКл.
Напряженность поля заряженного цилиндра
E=q2πεε0lr, (7)
где r – расстояние от оси цилиндра.
Тогда минимальная напряженность электрического поля цилиндра будет на расстоянии r2 от центра цилиндра:
Emin=q2πεε0lr2=138,13∙10-92∙3,14∙1∙8,85∙10-12∙0,2∙0,025 Кл∙мФ∙м∙м=497,067∙103 В/м.
Максимальная напряженность электрического поля цилиндра - на расстоянии r1 от центра цилиндра:
Emax=q2πεε0lr1=138,13∙10-92∙3,14∙1∙8,85∙10-12∙0,2∙0,005 Кл∙мФ∙м∙м=2485,336∙103 В/м.