Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Самостоятельная работа

1. Самостоятельная работа

■ Вариант 1
■ 1. Каков характер взаимодействия одноимённых зарядов?
■ 2. Как можно получить отрицательный заряд?
■ 3. Для чего используется электроскоп? Что лежит в основе его действия?
■ 4. Как ведёт себя стрелка положительно заряженного электрометра, если
его коснуться отрицательно заряженной палочкой?
■ 5. Наши органы чувств не воспринимают электрическое поле. Как же его
обнаружить?
■ Вариант 2
■ 1. Каков характер взаимодействия разноимённых зарядов?
■ 2. Можно ли, наблюдая взаимное отталкивание двух шаров, однозначно
утверждать, что они заряжены положительно?
■ 3. Как с помощью электроскопа определить знак неизвестного заряда?
■ 4. Что общего и чем отличаются друг от друга электроскоп и электрометр?
■ 5. Электрическое поле окружает каждое заряженное тело. Докажите, что
оно обладает энергией

2. Повторение

1.
Напряженность
2.
Потенциал
3.
Разность потенциалов

3. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора.

4. Электроемкость – величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд.

q
q
q
C
U
С – электроемкость, Ф
q – заряд одного из проводников, Кл
U – разность потенциалов между
проводниками, В
диэлектрик
на практике:
1 мкФ = 10-6 Ф
1 пФ = 10-12 Ф
R kC
ш
ш
Если емкость шара 1 фарад,
то радиус шара равен 9 млн.км.
проводник
Электроемкость зависит от:
1. геометрических размеров и формы проводников;
2. взаимного расположения проводников;
3. диэлектрической проницаемости

5. Конденсатор – система двух разноименно заряженных проводников, разделенных диэлектриком

Типы конденсаторов
постоянной и переменной емкости и различаются по роду
диэлектрика между пластинами
бумажные, керамические, воздушные …

6. Плоский конденсатор - две заряженные параллельные пластины, находящиеся на малом расстоянии

- - - - - - - - - - - d
диэлектрик
+ + + + + + + + + +
C
S
0
С – электроемкость плоского
конденсатора, Ф
ε – диэлектрическая проницаемость
ε0 - электрическая постоянная, Ф/м
S - площадь пластины конденсатора, м2
d - расстояние между пластинами, м
d
■ Электроемкость плоского конденсатора прямо
пропорциональна площади пластины конденсатора и
обратно пропорциональна расстоянию между
пластинами

7. Последовательное соединение

С1
+
С2
_
+
U2
U1
+
_
C
_
q q q
1
2
U U U
q q1 q2
C C1 C 2
1
2
U
d↑ , следовательно , С↓
1 1 1
C C C
1
2

8. Параллельное соединение

С1 +
+
q q q
_
q1
C
2
U U U
_
1
С2
+
1
2
q2
CU C U C U
_
1
1
2
q
S↑, следовательно, С↑
C C C
1
2
2

9. Соединение конденсаторов одноименными полюсами

+
С1
-
+
С2
-
q C U C U
1
1
2
C C C
1
C U C U
q
U
C
C
C
1
1
2
1
2
2
2
2

10. Соединение конденсаторов разноименными полюсами

+
С1
-
С2
+
q C U C U
1
1
2
C C C
1
C U C U
q
U
C
C
C
1
1
2
1
2
2
2
2

11. Энергия заряженного конденсатора

2
qU
q
CU
W
2
2 2C
2
W – энергия заряженного конденсатора
(энергия электрического поля), Дж
q - заряд пластины конденсатора, Кл
U - разность потенциалов, В
С – электроемкость конденсатора, Ф

12. Плотность энергии конденсатора

W
V
E
2
0
2
ω – плотность энергии, Дж/м3
V – объем, м3
Е – напряженность, В/м

13. Применение конденсаторов

■ в радиотехнике, в
автоматизации
производственных
процессов, в
вычислительной
технике и т.д.
используется
свойство
накапливать и
сохранять заряд

14. Применение конденсаторов

в компьютерной технике –
клавиатура (зависимость емкости
от расстояния между пластинами)
На тыльной стороне клавиши одна
пластина конденсатора, а на плате,другая. Нажатие клавиши изменяет
емкость конденсатора.

15. Электролитические конденсаторы

Полимерные конденсаторы
с твердым электролитом
на чипсете

16. Решение задач

1. Определите толщину
диэлектрика конденсатора,
электроемкость которого 1400
-3
пФ, площадь пластин 1,4 ·10
м2. Диэлектрик – слюда (ε=6).

17.

Дано:
Решение:
С=1400 ·10-12Ф
C
S=1,4 ·10-3 м2
ε=6
ε0=8,85·10-12 Ф/м
d-?
d
S
S
0
d
0
C
6 8,85 10 Ф 1,4 10 м
м
0,0053мм
d
1400 10 Ф
3
12
2
12
Ответ: d = 5,3 мкм

18. Решение задач

2. Разность потенциалов 150 В
между пластинами плоского
конденсатора. Площадь
-2
2
каждой пластины 1,2·10 м ,
заряд 5 нКл. На каком
расстоянии друг от друга
находятся пластины?

19.

Дано:
Решение:
U=150 В
0S
0S
C
d
-2
2
S=1,2·10 м
d
C
q=5·10-9 Кл
q
5 10 Кл 0,33 10 Ф
C
ε=1
U
150В
ε0=8,85·10-12Ф/м
9
9
1 8,85 10 Ф 1,2 10 м
S
м
d
C
0,033 10 Ф
0,32 10 м 3,2 мм
12
d-?
0
9
2
Ответ: d=3,2 мм
2
2

20. Решение задач

3. Площадь пластин плоского
воздушного конденсатора равна 10-2
м2, расстояние между ними 5 мм. До
какой разности потенциалов был
заряжен конденсатор, если при его
разрядке выделилось 4,2·10-3 Дж
энергии?

21.

Дано:
S=10-2 м2
Решение:
W CU
2
2
U 2W
C
S
d=5 мм=5·10-3м
C
d
ε=1
ε0=8,85·10-12Ф/м
1 8,85 10 Фм 10 м
1,77 10 Ф
W=4,2·10-3 Дж C
5 10 м
0
12
2
2
11
3
U-?
Дж
2
4
,
2
10
2,2 10 В
U
1,77 10 Ф
3
4
11
Ответ: U 2,2 10 В
4

22. Электроемкость плоского конденсатора с квадратными пластинами со стороной 10 см, расположенными на расстоянии 1 мм друг от

друга, в воздухе примерно равна
1. 10 пФ
2. 0,1 нФ
3. 1 мкФ
4. 0,1мФ

23. Как изменится электроемкость плоского воздушного конденсатора, если расстояние между его пластинами увеличить в 2 раза?

1. Уменьшится в 2 раза
2. Уменьшится в 4 раза
3. Увеличится в 4 раза
4. Увеличится в 2 раза

24. Как изменится электроемкость плоского воздушного конденсатора, если площадь его пластин увеличить в два раза, а расстояние

между ними уменьшить в 2 раза?
1. Не изменится
2. Уменьшится в 4 раза
3. Увеличится в 4 раза
4. Увеличится в 2 раза

25. Плоский конденсатор подключен к источнику постоянного тока. Как изменятся при увеличении зазора между обкладками конденсатора

три
величины:
- емкость конденсатора;
- величина заряда на обкладках
конденсатора;
- разность потенциалов между
ними.
1. увеличится; 2. уменьшится; 3. не
изменится

26. Плоский воздушный конденсатор зарядили до некоторой разности потенциалов и отключили от источника тока. Для каждой величины -

заряд на обкладках конденсатора
- электроемкость конденсатора
-энергия электрического поля
конденсатора
определите соответствующий характер
изменения:
1. увеличится; 2. уменьшится; 3. не
изменится.

27.

Плоский конденсатор отключили от
источника тока, а затем увеличили
расстояние между его пластинами.
Что произойдет при этом
- с зарядом конденсатора
- с электроемкостью конденсатора
- с напряжением на его обкладках?
Для каждой величины определите
соответствующий характер изменения:
1. увеличится; 2. уменьшится; 3. не
изменится.