Тонкостенные металлические цилиндры вложены друг в друга. Все цилиндры имеют одну ось, расположенную перпендикулярно плоскости рисунка. Радиусы соседних цилиндров отличаются на а радиус самого тонкого равен количество цилиндров велико. Каждый цилиндр зарядили, так что плотность заряда всех поверхностей равна по модулю а знак заряда чередуется: первый, самый маленький цилиндр, заряжен отрицательно, следующий, второй по размеру, — положительно и т. д. Найдите напряженность в области между n-тым и n + 1-ым цилиндром, считая, что n велико.
Для решения задачи воспользуемся теоремой Гаусса: выделим мысленно цилиндрическую поверхность, симметрично окружающую n-тый цилиндр, но лежащая внутри (n + 1)-го цилиндра. Радиус R этой цилиндрической поверхности, удовлетворяет, очевидно, соотношению
Длину цилиндра L выберем единичной. Из симметрии понятно, что система заряженных цилиндров будет создавать в любой точке нашей поверхности одинаковую по модулю напряженность, обозначим её E. Направление E в каждой точке перпендикулярно выбранной нами поверхности.
Поток E через нашу поверхность, очевидно, равен По теореме Гаусса эта величина равна где Q — заряд исследуемой системы, попавший внутрь выбранной нами поверхности. В данном случае i-тый цилиндр вносит внутрь нашей поверхности заряд, равный по модулю так что
знак в последнем слагаемом зависит от четности n.
Если n четное,
Тогда теорема Гаусса даёт
Если n нечетное,
Тогда теорема Гаусса даёт
Используем в ответах для E(R) ф-лу (1): при больших n единицей в правой части неравенства можно пренебречь, просто заменив на n. Тогда при четных n получим при нечетных n получим здесь мы также пренебрегаем единицей по сравнению с n.
Ответ: напряжённость