Урок физики 10 класс "Электрическая ёмкость. Конденсатор.

            Урок физики 10 класс. «Электрическая ёмкость. Конденсатор.»

Цели урока:

Учащиеся узнают

• что называют электроёмкостью, конденсатором;
• формулу расчёта электроёмкости двух проводников, энергии заряженного конденсатора
• типы соединения конденсаторов в электрической цепи и формулы для расчёта параметров в цепи для каждого типа.

Научатся: решать задачи на вычисления электроёмкости, заряда, напряжения, энергии конденсатора.

Смогут:

рассчитывать энергию электрического поля. общую ёмкость системы конденсаторов.

Перечень вопросов, рассматриваемых на этом уроке

1.      Электрическая ёмкость

2.      Плоский конденсатор

3.      Энергия конденсатор

Элементы содержания.

Конденсатор – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля. 

 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 проводники включают в цепь поочередно друг за другом.  При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.

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

 Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора.

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

         Основное содержание урока

Конденсатор при переводе с латиницы означает, то что уплотняет, сгущает – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля. Конденсатор состоит из двух близко поставленных друг к другу проводников, так называемых пластин, обкладок и пространством между ними заполняющим диэлектриком. Диаметр этого пространства диэлектрика между проводниками на много меньше, чем размеры самих проводников.

Главной характеристикой этого прибора, является его электроёмкость.

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

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.

                                          С =   =    

Измеряется электрическая ёмкость в Международной системе СИ в Фарадах. Эта единица имеет своё название в честь английского физика экспериментатора Майкала Фарадея который внёс большой вклад в развитие теории электромагнетизма. Один Фарад равен ёмкости такого конденсатора, между пластинами которого возникает напряжение, равное одному Вольту, при сообщении заряда в один Кулон.

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:

                                                       C =      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.

Параллельное соединение:

 q = q₁ + q₂ + q₃

u = u₁ = u₂ = u₃

 с = с₁+с₂+с₃

 с = n∙с

Последовательное соединение:

 q = q₁ = q₂ = q₃

 u = u₁ + u₂ + u₃

   =    +   +  

 с = n

 Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора.    

                  u = Еd         W =       

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

W =    = =

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

                          W =   =

                                    Решение задач.

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.

1. Во сколько раз увеличилась разность потенциалов между пластинами?
2.  На какое расстоянии при этом были раздвинуты пластины конденсатора?
3. Во сколько раз изменилось расстояние между пластинами.

Решение:

Электрическая ёмкость конденсатора определяется по формуле:

С  =   =         

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

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

3.Расстояние между пластинами увеличилось в два раза.

Ответ:

1. 2

 2. 6мм

 3. 2

2.

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

Дано:

С = 20 мкФ = 20 · 10^-6Ф                              

q = 4мкКл = 4·10^-6Кл                                  

W- ?

Решение:

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

                                  W =   ; W =    = 0,4мкДж

Ответ: W = 0,4мкДж

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. – стр 321-330

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

Дополнительные источники.

Интернет - ресурсы:

www.physbook.ru/index.php/Kvant._Конденсатор_в_коробке

http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._Энергия_электрического_поля