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25.2 : Capacitor Esférico e Cilíndrico

A spherical capacitor consists of two concentric conducting spherical shells of radii R1 (inner shell) and R2 (outer shell). The shells have  equal and opposite charges of +Q and −Q, respectively. For an isolated conducting spherical capacitor, the radius of the outer shell can be considered to be infinite.

Conventionally, considering the  symmetry, the electric field between the concentric shells of a spherical capacitor is directed radially outward. The magnitude of the field, calculated by applying Gauss’s law over a spherical Gaussian surface of radius r concentric with the shells, is given by,

Gauss's law equation diagram showing electric flux, integral form, electrostatics concept.

Substitution of the electric field into the electric field-capacitance relation gives the electric potential as,

Electric potential equation \( V = \frac{Q}{4\pi\varepsilon_0} \left( \frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2} \right) \).

However, since the radius of the second sphere is infinite, the potential is given by,

Electrostatics equation, Coulomb's law, V=Q/(4πε₀(1/R₁)), physics formula.

Since, the ratio of charge to potential difference is the capacitance, the capacitance of an isolated conducting spherical capacitor is given by,

Capacitance calculation formula, C=4πε₀R₁, highlighting electrostatic process.

A cylindrical capacitor consists of two concentric conducting cylinders of length l and radii R1 (inner cylinder) and R2 (outer cylinder). The cylinders are given equal and opposite charges of +Q and -Q, respectively. Consider the calculation of the capacitance of a cylindrical capacitor of length 5 cm and radii 2 mm and 4 mm.

The known quantities are the capacitor’s length and inner and outer radii. The unknown quantity capacitance can be calculated using the known values.

The capacitance of a cylindrical capacitor is given by,

Capacitance formula C=(2πε₀l)/ln(R₂/R₁); Equation for cylindrical capacitor analysis.

When the known values are substituted into the above equation, the calculated capacitance value is 4.02 pF.

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Spherical CapacitorCylindrical CapacitorConcentric ShellsElectric FieldGauss s LawElectric PotentialCapacitanceChargePotential DifferenceConducting CylindersCapacitance Calculation4 02 PF

Do Capítulo 25:

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