Конденсаторы

1.

Конденсаторы
8 класс

2.

Первые конденсаторы
Питер ван Мушенбрук
Лейденская банка
1745 г.

3.

Историческая справка
Первый конденсатор был изобретен в 1745 г. немецким юристом и
учёным Эвальд Юрген фон Клейстом
Первый конденсатор: одна обкладка-ртуть, другая обкладка- рука
экспериментатора, державшая банку.

4.

Историческая справка
Почти такой же опыт и почти в то же время
был поставлен в голландском городе
Лейдене профессором университета
Питером ван Мушенбруком.
Зарядив воду и взяв банку в одну руку, он
прикоснулся другой рукой к
металлическому стержню, служившему
для подвода заряда к воде. При этом
Мушенбрук ощутил такой сильный удар в
руки, плечи и грудь, что потерял сознание,
и два дня приходил в себя.
Эксперимент ван Мушенбрука получил
большую известность, поэтому
конденсатор стал известен как
«лейденская банка».

5.

Первые опыты
С помощью лейденской банки удалось выяснить высокую скорость
распространения электричества, его влияние на организм человека и
животных, возможность поджигания электрическими искрами горючих
газов и т.д. Новость о лейденской банке с большой скоростью
распространилась
по
Европе
и
Америке.
В
лабораториях,
аристократических салонах, на ярмарках ставились удивительнее опыты,
неприятные, забавные и волнующие одновременно.

6.

Конденсатор
Конденсатор- это устройство,
предназначенное для накопления
электрического заряда и энергии
электрического поля.

7.

Конденсатор
Конденсатор представляет собой два
проводника (обкладки), разделенных слоем
диэлектрика, толщина которого мала по
сравнению с размерами проводников.

8.

Все электрическое поле сосредоточено внутри
конденсатора и однородно.
Заряд конденсатора - это абсолютное
значение заряда одной из обкладок
конденсатора.

9.

Определение конденсатора
Конденсатор представляет собой два проводника,
разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала
по сравнению с размерами проводников.

10.

Зарядка конденсатора от электрофорной
машины

11.

Типы конденсаторов
Конденсаторы классифицируют
1.по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные,
керамические, электролитические;
2.по форме обкладок: плоские, цилиндрические,
сферические;
3.по величине емкости: постоянной емкости,
переменной емкости, подстроечные.

12.

Различные типы конденсаторов
- по виду диэлектрика: воздушные,
слюдяные, керамические,
электролитические.
- по форме обкладок: плоские,
сферические, цилиндрические.
- по величине емкости:
постоянные, переменные.

13.

Различные типы конденсаторов
В зависимости от назначения конденсаторы имеют
различное устройство.

14.

Различные типы конденсаторов
Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух
полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от
металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными
парафином. Полоски и ленты туго свернуты в пакет небольшого
размера

15.

Различные типы конденсаторов
Конденсаторы переменной электроемкости

16.

Обозначение конденсаторов
Конденсатор постоянной ёмкости
Конденсатор переменной ёмкости

17.

Электроемкость
Физическая величина, характеризующая
способность двух проводников накапливать
электрический заряд называется
электроёмкостью, или ёмкостью.

18.

Определение электроемкости
Электроемкостью двух проводников
называют отношение заряда одного
из проводников к разности
потенциалов между этим
проводником и соседним.
С – электроемкость (Ф)
q – заряд (Кл)
U – разность потенциалов (В)

19.

Определение электроемкости
Электроёмкость определяется
геометрическими размерами
проводников, их формой и
взаимным расположением, а также
электрическими свойствами
окружающей среды.

20.

Единицы электроемкости
Электроемкость измеряется в фарадах(Ф)
[С] = 1Ф (фарад)
Электроемкость двух проводников численно
равна единице, если при сообщении им зарядов
+1 Кл и -1 Кл между ними возникает разность
потенциалов 1В
1Ф = 1Кл/В

21.

Единицы электроемкости
1 мкФ (микрофарад)=10-6 Ф
1 нФ ( нанофарад)=10-9 Ф
1 пФ ( пикофарад)=10-12 Ф

22.

Единицы измерения
На практике используют
миллифарады (мФ)
микрофарады (мкФ)
R = 6400 км
С = 0,7 мФ
нанофарады (нФ)
пикофарады (пФ)

23.

При увеличении заряда в 2, 3, 4 раза соответственно в 2, 3, 4
раза увеличатся показания электрометра, т. е. увеличится
напряжение между пластинами конденсатора.
Отношение заряда к напряжению будет оставаться
постоянным:

24.

От чего зависит электроемкость конденсатора?

25.

От чего зависит электроемкость
конденсатора?
Чем больше площадь пластин, тем больше ёмкость конденсатора.
При уменьшении расстояния между пластинами конденсатора при
неизменном заряде ёмкость конденсатора увеличивается.
При внесении диэлектрика ёмкость конденсатора увеличивается.
Емкость конденсатора зависит от площади пластин,
расстояния между пластинами, от свойств внесённого
диэлектрика.

26.

Электроемкость
от геометрических
размеров проводников
от формы проводников и
их взаимного расположения
от электрических свойств
среды между проводниками
Зависит

27.

Электроемкость плоского конденсатора
ℰ = 8,85∙10-12 Ф/м

28.

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
ℰ = 8,85∙10-12 Ф/м

29.

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

30.

Соединение конденсаторов
параллельное
последовательное

31.

Последовательное соединение
С1
+
С2
_
+
U2
U1
+
_
C
_
q q q
1
2
U U U
q q q
C C C
1
1
2
1
2
2
U
d↑ , следовательно , С↓
1 1 1
C C C
1
2

32.

Параллельное соединение
С1 +
+
_
C
1
q1
2
U U1 U 2
_
С2
+
q q q
q2
_
CU C U C U
1
1
2
q
S↑, следовательно, С↑
C C C
1
2
2

33.

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

34.

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

35.

Энергия заряженного конденсатора
Если заряженный конденсатор замкнуть на
электрическую лампочку, то она какое-то время
будет гореть. Следовательно, конденсатор обладает
энергией.

36.

Энергия конденсатора
Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по
разделению положительных и отрицательных зарядов. В соответствии
с законом сохранения энергии, совершённая работа А равна энергии
конденсатора Е, т. е
А = Е,
где Е — энергия конденсатора.
Работу электрическое поле конденсатора, можно найти по формуле:
А = qUcp,
где Uср — это среднее значение напряжения.
Uср = U/2; тогда А = qUср = qU/2,
так как q = CU, то А = CU2/2.
Энергия конденсатора ёмкостью С равна:
W = CU2/2

37.

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

38.

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

39.

Применение конденсаторов
Конденсаторы могут длительное время накапливать
энергию, а при разрядке они отдают её почти мгновенно.
Свойство конденсатора накапливать и быстро отдавать
электрическую энергию широко используется в
электротехнических и электронных устройствах, в
медицинской технике (рентгеновская техника, устройства
электротерапии), при изготовлении дозиметров,
аэрофотосъёмке.

40.

Применение конденсаторов
фотографическая
техника
компьютеры
люминесцентные
лампы
лазерная техника
радиолокационная
техника

41.

Применение конденсаторов
система зажигания
электроизмерительная
техника
телефоны
радиотехническая
аппаратура

42.

43.

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

44.

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

45.

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.

46.

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.

47.

Электролитические
конденсаторы
Полимерные конденсаторы
с твердым электролитом
на чипсете

48.

Отличительными
чертами алюминиевых
электролитических
конденсаторов
является большая
удельная емкость на
единицу объема
(произведением CV) и
прекрасная работа при
повышенных токах.
Поэтому они
незаменимые

49.

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?

50.

Домашнее задание
§ 103-105 прочитать
вопросы устно