Электроемкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов

1. Электроемкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов.

2.

Задание: проработать тему урока,
составить конспект, прорешать задачи.

3. 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

4. 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

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
-
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

10. 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

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

15.

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

16.

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.

17. 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.

18.

Электролитические конденсаторы
Полимерные конденсаторы
с твердым электролитом
на чипсете

19.

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.

20. 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?

21.

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-?
Ф
1,4 10 м
6 8,85 10
м
0,0053мм
d
1400 10 Ф
3
12
2
12
Ответ: d = 5,3 мкм

22.

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