Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора

1. Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора.

Преподаватель физики: Бирюкова Татьяна
Ивановна
ОГБПОУ г. Рязань
1 Курс

2. Цель урока

Познакомиться:
с понятием «электроемкость», «конденсаторы»;
с типами конденсаторов
с формулой электроемкости и энергии
заряженного конденсатора
с практическим применением конденсаторов

3. Задачи урока

Сформировать умения:
решать задачи на расчет различных
характеристик конденсаторов
выражать величину из формулы
производить математические расчеты

4. Повторение

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Характеристики электрического поля
Напряженность
Потенциал
Разность потенциалов
Формула связи напряженности с напряжением
(разностью потенциалов)
При каком условии можно накопить на
проводниках большой заряд?

5. 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

6. История создания конденсатора

В 1745 году
в Лейдене немецкий физик
Эвальд Юрген фон Клейст
и голландский физик
Питер ван Мушенбрук
создали первый
конденсатор
«лейденскую банку».
1692-1761

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

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

8. 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

9. Шаровой конденсатор

R2
_
_
+
R1
_
Электрическое поле
сосредоточено внутри
конденсатора
_
R
R
C 4
R R
1
2
0
2
1

10. 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

11. 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

12. Соединение конденсаторов одноименными полюсами

+
С1
-
Соединение конденсаторов
одноименными полюсами
q C1U 1 C 2U 2
+
С2
-
C C C
1
C U C U
q
U
C
C
C
1
1
2
1
2
2
2

13. Соединение конденсаторов разноименными полюсами

+
С1
-
Соединение конденсаторов
разноименными полюсами
q C1U 1 C 2U 2
С2
+
C C C
1
C U C U
q
U
C
C
C
1
1
2
1
2
2
2

14. 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

15. Плотность энергии конденсатора

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

16. Применение конденсаторов

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

17. Применение конденсаторов

Петличный микрофон.
Микрофон конденсаторный.
Студийный
конденсаторный
направленный микрофон
широкого применения.

18.

Применение конденсаторов
Лампа фотовспышки.
Батарея конденсаторов
Светильники с
разрядными лампами.

19.

Металлопленочные конденсаторы
обладают неограниченной
возможностью
самовосстановления. Таким
образом, возможность короткого
замыкания практически
исключается. Конденсаторы
устойчивы к большим импульсным
токам и высокому уровню
пульсаций.
Применяются в мобильных
телефонах, персональных
компьютерах, телевизорах,
электронных балластах и
автомобильной электронике.

20. 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.

21. Электролитические конденсаторы

Полимерные конденсаторы
с твердым электролитом
на чипсете

22.

Отличительными
чертами алюминиевых
электролитических
конденсаторов является большая
удельная емкость на единицу
объема (произведением CV) и
прекрасная работа при повышенных
токах. Поэтому они незаменимые
компоненты в цепях постоянного
тока тяговых устройств, в составе
преобразователей частоты, в схемах
электронных балластов, в ИБП
(источниках бесперебойного
питания) и импульсных
преобразователях напряжения, в
студийных лампах-вспышках и в
автомобильной электронике.

23. Решение задач

1. Определите толщину диэлектрика
конденсатора, электроемкость которого 1400
пФ, площадь пластин 1,4 ·10-3 м2. Диэлектрик –
слюда (ε=6).
2. Разность потенциалов 150 В между пластинами
плоского конденсатора. Площадь каждой
пластины 1,2·10-2 м2, заряд 5 нКл. На каком
расстоянии друг от друга находятся пластины?

24.

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

25.

Дано:
U=150 В
S=1,2·10-2 м2
q=5·10-9 Кл
ε=1
ε0=8,85·10-12Ф/м
Решение:
C
S
0
d
d
S
0
C
q
5
10
Кл
0,33 10 Ф
C
U
150В
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

26. 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?

27.

Дано:
Решение:
W CU
2
U 2W
C
S=10-2 м2
2
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
C
-3
W=4,2·10 Дж
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

28.

29. Задача 4. Определите общую электроемкость куба, состоящего из 12 одинаковых конденсаторов емкостью С

30. Эквивалентная схема

С
С
С
С
С
С
С
С
С
С
С
С1 3С
С1
С
С2
С3
1
2
3
3
С 6С
2
1 1 1 1 1 1 1 5
С С С С 3С 6С 3С 6С
об
С 3С
6
С С
5
об

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

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

32. 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

33. 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

34. 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

35. 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.

36.

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.

37. Определите электроемкость батареи состоящей из четырех одинаковых конденсаторов электроемкостью С.

1
С
С
С
С
1.
2.
2
С
С
3.
4.
5.
6.
С
С
С/4
С
2С/5
4С/3
3С/5
3С/4

38. Домашнее задание

§ 99-101 прочитать
вопросы устно
Упр. № 18
Составить интелект-схему «Конденсатор»