Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Плоский кондесатор
 Скачать 0.86 Mb.
|
 Тема урока: Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Плоский кондесатор Цель урока: создание условий для формирования и усвоения понятий «электроёмкость», «конденсатор», «электроемкость плоского конденсатора» Сегодня на уроке мы более детально рассмотрим явление перераспределения заряда - электризацию. 3. Этап изучения нового материала. Задача: формирование понятий «электроемкость», «конденсатор», «плоский конденсатор» Содержание: Проведем мысленный эксперимент. Возьмем две разные по размеру изолированные от земли стеклянные банки и подключим их к электроскопам.  К каждой из банок поднесем одинаковый заряженный шар на изолированной ручке. Стрелки обоих электроскопов разойдутся, это значит, что в результате взаимодействия с заряженным телом банки приобрели некий заряд, Однако оказывается, что электроскоп большей банки показал меньшее отклонение. q1=q2 , 12 Мы видим, что большая банка одним и тем же зарядом зарядилась до меньшего потенциала. Данный опыт доказывает, что различные тела электризуются одним и тем же зарядом по-разному.  Сегодня мы познакомимся с величиной, которая показывает способность тела накапливать электрический заряд. Во многих электротехнических и радиотехнических приборах используют устройства, которые, несмотря на свои малые размеры, способны накапливать разноименные электрические заряды и запасать связанную с ними электрическую энергию Конденсатор – набор проводников, служащий для накопления электрического заряда. Простейший конденсатор – это система , состоящая из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого много меньше размеров проводников. Проводники, образующие конденсатор, называют его обкладками. В качестве обкладок часто используют очень тонкие металлические пластины, а в качестве диэлектрика — бумагу, пропитанную соответствующим составом, или воздух (рис. 120) Зарядка конденсатора - процесс накапливания зарядов на обкладках. Р  азрядка конденсатора – процесс нейтраизации зарядов при соединении обкладок конденсатора проводникомУсловное обозначение конденсатора на электрической схеме Величина, которая количественно характеризует способность конденсатора накапливать электрические заряды, называется электрическая емкость С (электроемкость). Аналогия – сосуды и одинаковый объем воды в широкий или узкий сосуд и потенциал Электроемкость (емкость) – физическая скалярная величина, равная отношению заряда одного из проводников к напряжению (разности потенциалов ) между ними. Или Электроемкость (емкость) – физическая скалярная величина, равная отношению заряда конденсатора к напряжению между его обкладками.  , где q- заряд на обкладках конденсатора, U – напряжение между его обкладками.  Емкость двух проводников равна 1 Ф, если при сообщении им зарядов в 1 Кл и -1 Кл между ними возникает напряжение 1 В. 1 Ф — очень большая электроёмкость. Электроёмкостью С = 1 Ф обладал бы находящийся в вакууме уединённый шар радиусом R = 9 · 109 м (для сравнения: радиус земного шара RЗ = 6,4 · 106 м). Поэтому на практике применяют дольные единицы: микрофарад (1мкФ = 1 · 10–6 Ф), нанофарад (1 нФ = 1 · 10–9 Ф) и пикофарад (1 пФ = 1 · 10–12 Ф). Например, электроёмкость такого огромного проводника, как земной шар, равна С = 0,71 мФ, а электроёмкость человеческого тела примерно С = 50 пФ. Дополнительно: Для того чтобы оценить насколько велика емкость в 1 Ф, возьмем в качестве накапливающего заряд тела проводящий шар и выведем зависимость его емкости от его размеров. Из предыдущих уроков мы знаем формулу для определения потенциала шара:  Подставим теперь её в определение емкости:   Давайте рассмотрим случай в вакууме или же в воздухе (  ). Каковы же должны быть размеры шара, чтобы его емкость равнялась 1 Ф? Для сравнения радиус Земли равен:  Емкость конденсатора – не постоянная величина, она зависит от конструкторских особенностей самого конденсатора. Конденсаторы классифицируются по нескольким признакам: по форме обкладок, по типу диэлектрика и по назначению. В основном конденсаторы бывают трех форм: плоские, сферические и цилиндрические.  Также конденсаторы разделяют по типу диэлектрика на керамические, бумажные и электролитические конденсаторы.  Кроме этого, конденсаторы классифицируются по назначению.  К  онденсатор постоянной емкости – это свернутая в рулон упомянутая выше трехслойная лента (две ленты проводника и лента диэлектрика между ними). Конденсаторы переменной емкости – приборы, используемые в радиотехнике, позволяющие регулировать параметры, от которых зависит емкость – ширина пластин и расстояние между ними. Конденсаторы с переменной емкостью широко используются в радиотехнике. Например, изменяя емкость конденсатора, можно настраивать радиоприемник на нужную частоту (или, как мы говорим, на нужную волну). Батарея конденсаторов – это несколько конденсаторов, связанных определенным видом соединения ( последовательным, параллельным или смешанным).  Электроемкость зависит от формы проводника! Поэтому для каждого вида существует своя формула расчета электроемкости. На сегодняшнем уроке мы рассмотрим плоский конденсатор (рис.122). П   лоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.Поле внутри такого конденсатора будет однородным. Для того чтобы зарядить конденсатор, достаточно подключить его к полюсам источника тока. Накопив заряд, конденсатор может сам являться источником тока некоторое время. Но, надо сказать, что конденсатор разряжается очень быстро. Электроемкость плоского конденсатора характеризуется площадью пластин и расстоянием между этими пластинами:  Очевидно, что чем больше площадь пластин, тем больший заряд можно на них накопить. Тем не менее, чем больше расстояние между пластинами, тем выше напряжение между ними:П  оскольку электроемкость обратно пропорциональна напряжению, мы можем заключить, что чем больше расстояние между пластинами, тем меньше электроемкость плоского конденсатора:К   онечно же, электроемкость зависит и от диэлектрика, который используется в конденсаторе, поэтому в формуле мы видим диэлектрическую проницаемость. Также, в формуле есть коэффициент пропорциональности, который называется электрической постоянной. Таким образом, мы выяснили, что электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними, а также зависит от диэлектрика, находящегося между обкладками конденсатора. О  бобщив эти выводы, мы получим формулу для расчета электроемксоти плоского конденсатораИнтересно знать Р  ис. 124 Зависимость электроёмкости конденсатора от расстояния между его обкладками используют в схемах кодирования клавиатуры персонального компьютера. Под каждой клавишей находится конденсатор, электроёмкость которого изменяется при нажатии на клавишу. Микросхема, подключённая к каждой клавише, при изменении электроёмкости выдаёт кодированный сигнал, соответствующий данной букве (рис. 124). Дополнительно:   В  опросы для обсуждения:1. Что представляет собой конденсатор? Каково его назначение? 2. Какой процесс называют зарядкой конденсатора? Разрядкой конденсатора? 3. Что понимают под зарядом конденсатора? 4. Какую физическую величину называют электроёмкостью конденсатора? В каких единицах её измеряют? 5. От чего зависит электроёмкость плоского конденсатора? 6. Плоский воздушный конденсатор присоединён к источнику постоянного тока. Изменятся ли заряд конденсатора и напряжение на нём, если пространство между обкладками конденсатора заполнить диэлектриком? 7. Во сколько раз изменится емкость конденсатора, если листовую слюду заменить парафином той же толщины? |