|
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:
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 учащихся 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. 4. Как вычислить электроемкость батареи конденсаторов? Рассмотрим батарею, состоящую из трех конденсаторов емкостями C1, C2, C3 соответственно.
В случае параллельного соединения конденсаторов, положительно заряженные обкладки всех конденсаторов соединяют в один узел, а отрицательно заряженные - в другой. В этом случае общий заряд q батареи конденсаторов равна:
Соединены в один узел обкладки представляют собой один проводник, поэтому разность потенциалов (напряжение) между обкладками всех конденсаторов одинакова:
Так
Следовательно, электроемкость батареи конденсаторов:
В случае последовательного соединения конденсаторы соединяют между собой разноименно заряженными обкладками.
В этом случае потенциалы разноименно заряженных обкладок расположенных рядом конденсаторов одинаковы. При последовательном соединении конденсаторов заряд всех конденсаторов одинаков, потому что, например, правая пластина конденсатора C1 и левая пластина конденсатора C2 образуют замкнутую систему, полный заряд которой равен нулю. Следовательно,
Напряжение на батареи последовательно соединенных конденсаторов равна: U = U1 + U2 + U3. Так
Следовательно, электроемкость батареи конденсаторов:
Если батарея конденсаторов содержит n параллельно соединенных конденсаторов електроємністю C’ каждый, то: C = nC’. Если батарея конденсаторов содержит n последовательно соединенных конденсаторов електроємністю C' каждый, то:
5. Для чего нужны конденсаторы? В современной технике сложно найти отрасль, где бы не применяли конденсаторы. Без них не может обойтись радиотехническая и телевизионная аппаратура (настройка колебательных контуров), радиолокационная техника (получение импульсов большой мощности), телефония и телеграфія, вычислительная техника, электроизмерительная техника, лазерная техника. И это далеко не полный перечень. ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 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? Второй уровень 1. Правильным является утверждение: под зарядом конденсатора понимают сумму зарядов его обкладок? 2. Изменится ли разность потенциалов пластин плоского воздушного конденсатора, если одну из них заземлить? ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1). Качественные вопросы 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? 2). Учимся решать задачи 1. Четыре одинаковых конденсатора соединены в одном случае параллельно, а в другом - последовательно. В любом случае емкость батареи конденсаторов больше и во сколько раз? 2. 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. ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ • Электроемкость уединенного проводника C - скалярная величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд и равен отношению значения q электрического заряда к его потенциала φ:
• 1 фарад - емкость проводника, у которого изменение заряда в 1 Кл вызывает изменение потенциала на 1 В. • Конденсатор - это два проводника (обкладки), разделенные слоем диэлектрика, толщина которого намного меньше размеров проводников. • Электроемкость конденсатора C - скалярная величина, характеризующая способность конденсатора накапливать заряд и равен отношению значения заряда q одной из обкладок к разности потенциалов (φ1 - φ2):
• Электроемкость плоского конденсатора определяют по формуле:
• В случае параллельного соединения конденсаторов общая емкость батареи равна: C = C1 + C2. • В случае последовательного соединения конденсаторов общая емкость батареи равна:
Домашнее задание 1. Подр-1: § 7; подр-2: § 4 (п. 1, 2, 3). 2. Сб.: Рів1 № 3.11; 3.12; 3.14; 3.15. Рів2 № 3.25; 3.26; 3.28; 3.30. Рів3 № 3.47, 3.48; 3.49; 3.50.
|
|
то
