 |
Лекция 40. Электрическая емкость. Конденсаторы.
|
|
|
|
Цель занятия: ознакомить студентов с понятием электрической емкости проводника.
Тип занятия: комбинированный занятие.
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
| Контроль знаний | Самостоятельная работа № 1 «Напряженность электрического поля. Проводники и диэлектрики в электрическом поле». |
| Демонстрации | Электроемкость плоского конденсатора. |
| Изучение нового материала | 1. Что такое электроемкость? 2. Конденсатор. 3. Электроемкость плоского конденсатора. 4. Как вычислить электроемкость батареи конденсаторов? 5. Для чего нужны конденсаторы? |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Что такое электроемкость?
Электроемкость характеризует способность проводников накапливать электрический заряд, а следовательно, и электроэнергию.
Ø Электроемкость уединенного проводника C - скалярная величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд и равен отношению значения q электрического заряда к его потенциала φ:
Единицей электроемкости в СИ является [C] = 1 Кл/1 В. В честь английского физика М. Фарадея эта единица названа фарадом.
1 фарад - емкость проводника, у которого изменение заряда в 1 Кл вызывает изменение потенциала на 1 В.
Для практических целей используют малые доли фарада:
2. Конденсатор
Оказалось, что для накопления зарядов удобно использовать два проводника, которым передают заряды противоположных знаков, одинаковых по модулю.
Ø Конденсатор - это два проводника (обкладки), разделенные слоем диэлектрика, толщина которого намного меньше размеров проводников.
Зарядом конденсатора q называют модуль заряда одной из его обкладок (суммарный заряд обоих обкладок равна нулю). Заряд конденсатора определяет напряжение на этом конденсаторе (разность потенциалов между двумя обкладками).
|
|
|
Для зарядки конденсатора обычно его обкладки соединяют с полюсами батареи аккумуляторов. Вследствие этого на обкладках появляются одинаковые по модулю, но противоположные по знаку заряды. Результат не изменится, если соединить с полюсом батареи только одну обкладку, заземливши другую.
Отношение значения q заряда этого конденсатора к разности потенциалов (φ1 - φ2) между его обкладками не зависит ни от q, ни от (φ1 - φ2) и может служить характеристикой конденсатора.
Ø Электроемкость конденсатора С - скалярная величина, характеризующая способность конденсатора накапливать заряд и равен отношению значения заряда q одной из обкладок к разности потенциалов (φ1 - φ2):
3. Электроемкость плоского конденсатора
Плоский конденсатор представляет собой систему из двух плоских параллельных пластин площадью S каждая. Расстояние между пластинами d намного меньше их линейных размеров.
Опыты показывают, что в случае удаления одной пластины от другой разность потенциалов между ними увеличивается, а это свидетельствует об уменьшении емкости конденсатора. Соответственно в случае уменьшения расстояния между пластинами емкость конденсатора увеличивается. Т.е. электроемкость конденсатора изменяется обратно пропорционально расстоянию между пластинами:
Не изменяя расстояния между пластинами, одну из них сдвигаем в сторону - площадь пластины уменьшается. Акцентируем внимание студентов на увеличении показаний электрометра, т.е. электроемкость конденсатора прямо пропорциональна рабочей площади пластин:
C ~ S.
Опытным путем можно убедиться также, что емкость конденсатора не зависит от материала и толщины его пластин, но зависит от свойств диэлектрика, находящегося между ними:
C ~ ε.
Таким образом, электроемкость плоского конденсатора определяют по формуле:
|
|
|
Поскольку расстояние d между пластинами можно сделать очень малой, электроемкость плоского конденсатора может быть довольно значительной.
Контрольные вопросы:
1. Что такое уединенный проводник?
2. От чего зависит электроемкость?
3. Что произойдет с разностью потенциалов на пластинах заряженного конденсатора, если уменьшить расстояние между ними?
4. Что произойдет с разностью потенциалов на пластинах заряженного конденсатора, если площадь пластин увеличить?
5. Правильным является утверждение: под зарядом конденсатора понимают сумму зарядов его обкладок?
6. Изменится ли разность потенциалов пластин плоского воздушного конденсатора, если одну из них заземлить?
Решение задач
1. Во сколько раз изменится емкость плоского конденсатора, если увеличить рабочую площадь пластин в 2 раза?
2. Расстояние между пластинами плоского конденсатора увеличили в 4 раза. Как изменилась емкость конденсатора?
3. Для чего пространство между обкладками конденсатора заполняют диэлектриком?
4. Четыре одинаковых конденсатора соединены в одном случае параллельно, а в другом - последовательно. В любом случае емкость батареи конденсаторов больше и во сколько раз?
5. Два конденсатора емкостями 2 и 1 мкФ соединены последовательно и подключены к источнику напряжением 120 В. Определите напряжение между обкладками первого и напряжение между обкладками второго конденсаторов.
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 7; Учебник-2: § 4 (п. 1, 2, 3).
2. Сборник задач.:
Ур1 № 3.11; 3.12; 3.14; 3.15.
Ур2 № 3.25; 3.26; 3.28; 3.30.
Ур3 № 3.47, 3.48; 3.49; 3.50.
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
