Конденсаторы энергия заряженного конденсатора конспект

Обновлено: 05.07.2024

энергии электриче ского п оля, их основ ными характе ристиками.

2.Научить у чащихся решать зад ачи по д анной теме, по дготовка к ЕГЭ.

3.Показать практ ическу ю значимость да нного материала.

3.Как измерить р азность потенц иалов между дву мя проводн иками?

4.Почему диэлектрик осла бляет электростатич еское поле ?

5. Какой опыт доказ ывает отсу тствие электриче ского поля в нутри

Темой нашего се годняш него у рока является «Конденсаторы. Энергия

Вода может храниться в ведре, а с по мощью чего можн о накапливать и

сохранять электрическу ю энергию? Исходя из темы, вы , наверное,

догадались, чт о это у стройство называе тся конденсато ром (слайд 2) .

Немного истории. В тысяча семьсот сорок пятом году в Лейдене

голландский физик Питер Ван Мушенбрук совместно с немецким коллегой

создали первый накопитель энергии и назвали его лейденс кой банкой (слайд

это устройство, п редназнач енное для на копления за ряда и энерги и

Рассмотрим подробнее его устройство . Просте йший п лоский конденсатор

состоит из двух одинаковых параллельных пластин (называем ых

обкладками), находящихся на малом расстояни и друг от друга и

разделенных слое м диэлектрика. На пластины от источни ка питания

подаются заряды одинак овые по модул ю, но противоположные по з наку.

Таким о бразом , между пласт инами возн икает разн ость потенциалов. Все

электрическое пол е сосредот очено внутри конденсатора и однородно.

Существу ет огромный природный конденсатор. Облако и Земля - это

разноименные обкладки конденсат ора. Молния - разря д к онденсатора. Под

зарядом кон денсатора п онимают а бсолютное значение одной из обкладок

Присутствие конденсат ора в радиотехническом или электротехн ическом

устройстве можно узнать по обозначениям. Даны обозн ачения конденсатора

Выясним, что является основной характеристикой конденсатора. Э то

электрическая емкость (электр оемкость), которая обоз начается бу квой С.

Электроемкость - это фи зическая величина, характеризующая способность

двух проводников накапливать электрический заряд. Единица

электроемкост и в системе СИ названа в честь великог о ученого Майкла

Фарадея и называется фарад . Электроемкость двух проводников равна

возникает разность по тенциал ов один вольт. Один фарад - это очень большая

величина, поэт ому на практ ике используют мкФ , нФ, пФ. (слайд 7 )

Рассмотрим , как характеристи ки конде нсатора выгля дят на языке ф орму л.

Электроемкость дву х прово дников – это отноше ние заряда пров одника к

Но электроемкость не зависит ни от сообщенног о проводникам заряда, ни от

возникающей между ними разности потенциалов. Емкость конденсато ра

определяется геометричес кими размерами проводн иков, формой,

расположени ем и , конечн о, диэлект рической пр оницаемостью среды.

Чтобы заряд ить конденсат ор, ну жно совершить работу по разделен ию

положительн ых и отрицательных зарядов. Соглас но зако ну сохр анения

энергии эта работа равна энергии конденсатора, котору ю можно определить

На следу ющем слайде вы в идите различные в иды кон денсаторов (слайд 10 ).

Все разнообразие конденсаторов мож но разделить на два типа: по виду

диэлектрика конденсаторы бывают вакуумные, возд у шные, бумажные,

стеклянные, эл ектролитическ ие и други е ( слайд 11 )

А вот по возм ожности изменять емкость - это конденсаторы постоянной и

переменной емкости, обозначения ко торых на сх емах вам было п редставлен о

Для получения ну жной электр оемкости конденсаторы можно сое динять в

батареи, используя после довательн ый и параллельный способ, как в сл учае с

резисторами. Рас смотрим параллельный спосо б со единения ко нденсаторов.

В своей педагогической деятельности, при преподавании физики, я использую ТРКМЧП как на вводных уроках по изучению нового материала, так и на уроках отработки, закрепления и обобщения знаний учащихся. Причем данная технология хорошо сочетается с другими технологиями, такими как: проектная, исследовательская, автоматизированного обучения учащихся, а также с технологией деятельностного подхода. Использование данной технологии на уроках физики позволяет формировать:- развитую личность, способную к творческому осмыслению, освоению и применению научного опыта предшествующих поколений;- личность готовую к сознательному выбору дальнейшей профессии; - личность умеющую адаптироваться в мире быстро меняющихся технологий; - личность способную прогнозировать последствия своей деятельности и критически ее оценивать;- личность, сохраняющую интерес к миру природы и готовую к получению нового знания.

Эффективность процесса обучения зависит от умения правильно выбрать технологические приёмы, удачно комбинировать их, вмещать их в рамки уже знакомых традиционных форм урока. Важно понимать, что каждый ученик успешен, талантлив и уникален во всем. Технология критического мышления позволяет определить сферу комфортности для каждого. Кроме того, при переходе с одного приема на другой меняется режим работы мозга. А это позволяет предупреждать утомляемость и приводит к развитию когнитивных способностей. Использование данной стратегии ориентировано на развитие навыков вдумчивой работы с любой информацией, а не только с текстом.

Вложение	Размер
municipalnoe_obshcheobrazovatelnoe_uchrezhdenie.doc	76 КБ
tema_uroka_kondensatory.ppt	523.5 КБ

Предварительный просмотр:

муниципальное общеобразовательное учреждение

Кулундинского района Алтайского края

Конспект урока по физике в 10 классе

учитель физики Воробьева Л.В.

Современная стратегия модернизации образования предполагает, что в основу обновления образования должны быть положены “ключевые компетентности”. Новое качество обучения требует разработки и отбора приемов и технологий, обеспечивающих деятельностный подход, формирование целостной системы самостоятельной деятельности и личной ответственности учащихся, максимально инициирующих и стимулирующих активность.

Помочь оживить урок и сделать его более эффективным в плане развития ключевых компетентностей учащихся может технология развития критического мышления (ТРКМ). Она предлагает строить урок по схеме: вызов - реализация смысла – рефлексия, используя набор приемов и стратегий. Особенно эффективна данная технология при работе учащихся с учебным текстом. На предметах устно-практического характера как физика, часто приходится работать с “сухими” информационными текстами, научными и публицистическими.

Цель : изучить понятие конденсатор, энергия заряженного конденсатора

ввести понятие конденсатора как системы двух проводников, разделённых слоем диэлектрика; показать внешний вид, устройство, маркировку конденсаторов постоянной и переменной ёмкости;

выяснить, от чего зависит ёмкость плоского конденсатора;

ввести понятие энергия заряженного конденсатора.

продолжить формировать научное мировоззрение, систему взглядов на мир и на технический прогресс; интерес к познанию законов природы и их применению;

продолжить формирование умений сравнивать явления, делать выводы и обобщения по данной теме; работать над формированием умений анализировать свойства на основе знаний; развивать познавательный интерес к физике и технике.

Для учителя : компьютер, мультимедиапроектор, конденсатор (2мкф), плоский конденсатор, конденсатор переменной ёмкости, батарея конденсаторов.

Для учащихся : 10 наборов радиоконденсаторов постоянной и переменной ёмкости (бумажные, электролитические, керамические, стеклокерамические, плёночные спиральные, слюдяные); 10 наборов для фронтального опыта (2 жестяные и 1 стеклянная пластины, линейка, штангенциркуль, сборник задач Рымкевич – таблицы №8, 15).

В структуре урока выделяю следующие этапы:

Организационный момент – 1 мин.

Мотивация – 3 мин.

Целеполагание – 2 мин.

Изучение нового материала – 30 мин.

Подведение итогов и рефлексия – 7 мин.

Информация о домашнем задании – 2 мин.

I. Организационный момент

II. Мотивация (Слайд-2)

Учитель : Приходилось ли вам сталкиваться с профессией мастера по ремонту телерадиоаппаратуры? Как вы думаете, чем он занимается?

Ответ уч-ся :Выявляет причины неисправности, осуществляет замену вышедших из строя деталей.

Учитель: Можете назвать эти детали?

Ответ уч-ся : Диоды, триоды, транзисторы, конденсаторы…

Какие знания по физике нужны для работы телемастеру?

Ответ уч-ся : Устройство, назначение, принцип действия, правила включения приборов.

С одной из радиодеталей познакомимся сегодня подробнее. Это конденсатор. Он может накапливать большой электрический заряд а, следовательно, тесно связан с материалом, который мы изучаем. Итак, тема урока: Конденсаторы.

Учитель: Какие цели мы поставим сегодня на уроке?

1. У вас на столах лежат листочки, на которых начерчена таблица, как у меня на доске. Цифрами я указала № вопросов.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Физика 10 класс

Приборы для демонстрации : батарея конденсатора, источник тока, электрометр, плоский конденсатор; лампочка низковольтная, электрофорная машина, соединительные провода, разные конденсаторы, компьютер с проектором.

Ход урока или План урока

Организационный момент -1 мин.

Проверка знаний (фронтальный опрос) – 5мин.

1.Как называется вещества, проводящие электрический ток?

(Проводники)

2.Почему металлы проводят электрический ток?

(В металлах имеет свободные электроны)

3.Где располагаются свободные заряды в проводнике при электризации?

( На поверхности проводника)

4. Как называется вещества, не проводящие электрический ток? (Диэлектрики)

5. Почему диэлектрики не проводит электрический ток?

(Нет свободных носителей заряда)

6.Существует ли электрическое поле внутри проводника? (Нет)

III .Изучение нового материала -29 мин.

Проводники и системы, состоящие из нескольких проводников, обладают свойством накапливать электрический заряд.

При электризации двух проводников между ними появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение). С увеличением заряда проводников электрическое поле между ними усиливается.

Физическая величина, характеризующая способность проводников накапливать электрический заряд, называется электроёмкостью.

заряд электрический буквой - q ,

разность потенциалов - = U (напряжение)

Отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов между проводниками не зависит от заряда.

Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды.

Электроёмкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между ними:

За единицей электроёмкости является фарад (Ф ). 1Ф =

Из-за того что заряд в 1 Кл очень велик, ёмкость 1 Ф оказывается очень большой.

На практике часто используют доли этой единицы:

микрофарад (1мкФ) = Ф

пикофарад (1пФ) = Ф

нанофарад (1нФ) = Ф

Устройства для накопления электрического заряда называются конденсатором.

Конденсатор представляет собой два проводника, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Проводники конденсатора называются обкладками.

Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.

А )Конденсатором называют систему из двух изолированных друг от друга проводников, разделённых слоем диэлектрика.

Б) Конденсатор представляет собой два проводника (обкладки) разделённые тонким слоем диэлектрика ( в частности, воздуха)

Если разность потенциалов между пластинами увеличилась, то электроёмкость конденсатора уменьшилась.

Электроёмкость плоского конденсатора равна , где d – расстояние между обкладками , S - площадь одной обкладки,

электрическая постоянная, – диэлектрическая проницаемость среды

Соединение конденсаторов . 1) Параллельное соединение

_{2) Последовательное соединение}

а) плоский конденсатор, б) конденсатор переменной ёмкости, в) керамический конденсатор, г) электролитический конденсатор.

Устройство бумажного конденсатора

Энергия заряженного конденсатора.

Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. Согласно закону сохранения энергии эта работа не пропадает, а идёт на увеличение энергии конденсатора.

Заряженный конденсатор обладает энергией, можно убедиться, опытным путём Показываем опыт.. При разрядке конденсатора лампа вспыхивает. Энергия конденсатора превращается в тепло и энергию излучения.

Формулы для определения энергии конденсатора.

Энергия электрического поля . Согласно теории близкодействия вся энергия взаимодействия заряженных тел сконцентрирована в электрическом поле этих тел. Значит, энергия может быть выражена через основную характеристику поля — напряжённость.

Энергия конденсатора прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля внутри его: W _n ≈ Е 2 .

Зависимость электроёмкости конденсатора от расстояния между его пластинами используется при создании одного из типов клавиатур компьютера. Лампа-вспышка, применяемая в фотографии. Однако основное применение конденсаторы находят в радиотехнике.

IV .Закрепление изученного материала. 7 мин

Задача 1.Разность потенциалов между обкладками конденсатора ёмкостью 0,1 мкФ изменилась на 175 В. Определите изменение заряда конденсатора.

С= 0,1 мкФ = 10 – 7 Ф

Задача2. Имеются два конденсатора: С ₁ = 2 мкФ и С ₂ = 4мкФ.

Найдите их общую ёмкость при параллельном и последовательном соединении. (устно)

V . Итоги урока, выставление оценок – 2 мин.

VI . Домашнее задание. §97,§98 ,стр.327(А1,А2) ,Вопросы к §97,§98 из учебника

Конденсатор – устройство для накопления электрического заряда.

Электроёмкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

Под зарядом конденсатора понимают модуль заряда одной из его обкладок.

Последовательное соединение – электрическая цепь не имеет разветвлений. Все элементы цепи включают поочередно друг за другом. При параллельном соединении концы каждого элемента присоединены к одной и той же паре точек.

Смешанное соединение - это такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения.

Основная и дополнительная литература по теме:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 321-330.

2. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. С. 97-100.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Конденсатор при переводе с латиницы означает, то что уплотняет, сгущает – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля. Конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Главной характеристикой этого прибора, является его электроёмкость, которая зависит от площади его пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

Заряд конденсатора определяется – модулем заряда на любой одной из её обкладок. Заряд конденсатора прямо пропорционален напряжению между обкладками конденсатора. Коэффициент пропорциональности С называется электрической ёмкостью, электроёмкостью или просто ёмкостью конденсатора.

Электрической ёмкостью конденсатора называется физическая величина, которая численно равна отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

Чем больше площадь проводников и чем меньше пространство заполняющего диэлектриком, тем больше увеличивается ёмкость обкладок конденсатора.

Электрическая ёмкость конденсаторов определяется их конструкцией, самыми простыми из них являются плоские конденсаторы.

Чем больше площадь взаимного перекрытия обкладок и чем меньше расстояние между ними, тем значительнее будет увеличение ёмкости обкладок конденсатора. При заполнении в пространство между обкладками стеклянной пластины, электрическая ёмкость конденсатора значительно увеличивается, получается, что она зависит от свойств используемого диэлектрика.

Электрическая ёмкость плоского конденсатора зависит от площади его обкладок, расстояния между ними, диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками и определяется по формуле:

где – электрическая постоянная.

Для того чтобы получить необходимую определённую ёмкость, берут несколько конденсаторов и собирают их в батарею применяя при этом параллельное, последовательное или смешанное соединения.

Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора: u = Еd

Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин, это поле совершает положительную работу. При этом энергия электрического поля уменьшается:

Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения:

Примеры и разбор решения заданий:

1. Плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого равно 3 мм, заряжен до напряжения 150 В и отключен от источника питания. Разность потенциалов между пластинами возросла до 300 В.

Во сколько раз увеличилась разность потенциалов между пластинами?
Какое расстояние между пластинами конденсатора стало после того, как пластины были раздвинуты?
Во сколько раз изменилось расстояние между пластинами.

Электрическая ёмкость конденсатора определяется по формуле:

1.По условию разность потенциалов увеличилось в два раза. U₁ = 150В→ U₂ = 300В.

2.По условию d = 3 мм, если разность потенциалов увеличилось в два раза, по формуле соответственно и расстояние между пластинами увеличилось в два раза, и d =2·3 мм = 6 мм.

3.Расстояние между пластинами увеличилось в два раза.

2. Конденсатор электроёмкостью 20 мкФ имеет заряд 4 мкКл. Чему равна энергия заряженного конденсатора?

Дано: С = 20 мкФ = 20 · 10 -6 Ф, q = 4 мкКл = 4·10 -6 Кл.

Энергия заряженного конденсатора W через заряд q и электрическую ёмкость С определяется по формуле:

Энергия заряженного конденсатора, применение конденсаторов

Металлы — прекрасные проводники электрического тока. Они проводят электрический ток, потому что в них есть свободные носители электрического заряда — свободные электроны. И если на концах, например медного провода, создать при помощи источника постоянной ЭДС разность потенциалов, то в таком проводнике возникнет электрический ток — электроны придут в поступательное движение от отрицательной клеммы источника ЭДС — к положительной его клемме.

Диэлектрики — напротив, не являются проводниками электрического тока, поскольку внутри них нет свободных носителей электрического заряда. Положительные и отрицательные носители заряда в диэлектриках связаны друг с другом, и образуют так называемые электрические диполи, которые во внешнем электрическом поле могут только поворачиваться, но поступательно двигаться под действием электрического поля они не способны.

Возьмем для примера кусок диэлектрика в форме трубки из ПВХ (поливинилхлорид — диэлектрик). Покроем внешнюю поверхность трубки пищевой фольгой, а вовнутрь просто утрамбуем побольше мятой фольги, чтобы она всюду соприкасалась со внутренними стенками трубки.

Если теперь взять источник ЭДС, допустим аккумулятор на 24 вольта, и присоединить его отрицательным полюсом ко внутренней фольге, а положительным — к наружной, то обе части фольги получат от аккумулятора заряд разных знаков, и по всему объему стенки ПВХ трубки станет действовать электрическое поле, направленное снаружи вовнутрь.

Следовательно в этом электрическом поле молекулы диэлектрика (ПВХ) повернутся, сориентируются по внешнему электрическому полю — диэлектрик станет поляризован так, что составляющие его молекулы повернутся своими отрицательными сторонами наружу — к положительному электроду (к фольге, соединенной с плюсом аккумулятора), соответственно положительными сторонами — вовнутрь, к отрицательному электроду. Уберем аккумулятор.

На наружной фольге остался положительный заряд, так как он до сих пор удерживается повернувшимися наружу отрицательно заряженными сторонами молекул ПВХ, а на внутренней — отрицательный, поскольку он удерживается положительными сторонами развернувшихся вовнутрь молекул диэлектрика. Все произошло в полном соответствии с законом электростатики.

Если теперь замкнуть плоскогубцами наружную и внутреннюю части фольги, то в момент замыкания можно заметить крохотную искру: разноименные заряды с обкладок взаимно притянулись и вызвали ток через проводник (плоскогубцы), а диэлектрик вернулся в исходное нейтральное состояние.

Можно с уверенностью утверждать, что в данном устройстве, состоящем из диэлектрической трубки и двух обкладок из фольги, когда к нему был присоединен аккумулятор, накопилась электрическая энергия.

Устройства подобной конфигурации — диэлектрик, заключенный между изолированными друг от друга проводящими обкладками, - называются электрическими конденсаторами.

Энергия заряженного конденсатора зависит от напряжения (разности потенциалов между обкладками), до которого он заряжен, поскольку речь идет о потенциальной энергии разделенных друг от друга разноименных зарядов обкладок.

Следовательно энергия эта равна работе, которую совершит электрическое поле данных зарядов при их взаимном притяжении (или которую совершил источник при их разделении в процессе зарядки конденсатора). Элементарная работа по перемещению элементарной порции заряда с одной обкладки на другую равна:

Конденсаторы различной конфигурации, при зарядке одним и тем же количеством заряда, получат различные разности потенциалов между обкладками. Можно также сказать, что для разных конденсаторов разное напряжение, прикладываемое к обкладкам, приведет к заряду количественно разному.

Практически это значит, что каждому конденсатору свойственна некая постоянная величина, характеристика, характеризующая именно этот конденсатор, связанная с его конфигурацией, формой пластин, диэлектрической проницаемостью диэлектрика и т. д. Этот параметр называется электроемкостью C. Заряд конденсатора q связан с разностью потенциалов между его обкладками U следующим образом:

Значит выражение для полной энергии заряженного конденсатора, проинтегрировав, можно записать так:

Сегодня конденсаторы находят применение в самых разных областях науки и техники: как накопители электрической энергии, в качестве фильтров для сглаживания пульсаций в источниках питания, во времязадающих RC-цепях электронных устройств, в устройствах компенсации реактивной мощности, в индукционных установках и радиоустройствах как часть колебательного контура, в генераторах мощных импульсов, в электромагнитных ускорителях, в измерителях влажности воздуха и т.д.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Читайте также: