Kondensaatorid (10. klass). Füüsika ettekanne teemal "Kondensaator. Elektrostaatilise välja energia" Algteadmised ja -oskused
Kas soovite arvutioskusi paremaks muuta?
Google'i teenused võimaldavad teil veebiküsitlust teha erinevad tüübid vastusevariandid ja automaatne koondtabeli koostamine kõigi vastajate vastustega. Küsitlusvorme saab manustada veebisaitide lehtedele, kuid sellise küsitluse läbiviimiseks ei pea teil olema oma veebisaiti. Selliste küsitluste ulatus on lai, õpetajad saavad läbi viia lapsevanemate või kooliõpilaste küsitlusi, saates e-posti teel lingi küsitluse lehele, postitades sotsiaalvõrgustikes või kooli kodulehel. Küsitlus võib olla kas anonüümne või ainult volitatud kasutajatelt. Kaaluge oma veebiküsitluse loomist Google'i teenustes.
Lugege uusi artikleid
Üleriigiline projekt „Digitaalne hariduskeskkond» tuleb Venemaa piirkondadesse: koolidele tarnitakse seadmeid ja parandatakse Interneti-juurdepääsu. Kuid ärgem unustagem sisu: mida teeb õpetaja uute, kuid tühjade arvutitega? Digiklass- need pole ainult arvutid ja Internet, digikeskkonna oluliseks komponendiks on organiseerimist võimaldavad tööriistad ja teenused haridusprotsess kasutades elektroonilisi õpperessursse.
Lihtsaim lamekondensaator koosneb kahest identsest paralleelsest plaadist (nn plaadid), mis asuvad üksteisest väikesel kaugusel ja on eraldatud dielektrilise kihiga. Plaadid varustatakse toiteallikast laengutega, mis on suuruselt võrdsed, kuid märgilt vastupidised. Seega tekib plaatide vahel potentsiaalide erinevus. Kogu elektriväli on koondunud kondensaatorisse ja on ühtlane.
Peamised omadused kondensaator - elektriline võimsus (elektriline võimsus), mida tähistatakse tähega C. Elektriline võimsus on füüsikaline suurus, mis iseloomustab kahe juhi võimet koguda elektrilaengut. Elektrilise mahtuvuse mõõtühik SI on saanud nime suure teadlase Michael Faraday järgi ja seda nimetatakse faraadiks. Üks farad on väga suur väärtus, nii et praktikas kasutavad nad μF, nF, pF.
Kahe juhi elektriline võimsus on juhi laengu ja nendevahelise potentsiaalide erinevuse suhe. Elektrivõimsus ei sõltu ei juhtide laengust ega nende vahel tekkivast potentsiaalide erinevusest. Kondensaatori mahtuvuse määravad juhtide geomeetrilised mõõtmed, kuju, asukoht ja loomulikult keskkonna dielektriline konstant. Kahe juhi elektriline võimsus on juhi laengu ja nendevahelise potentsiaalide erinevuse suhe. Elektrivõimsus ei sõltu ei juhtide laengust ega nende vahel tekkivast potentsiaalide erinevusest. Kondensaatori mahtuvuse määravad juhtide geomeetrilised mõõtmed, kuju, asukoht ja loomulikult keskkonna dielektriline konstant.
Kondensaatori laadimiseks tuleb teha tööd positiivsete ja negatiivsete laengute eraldamiseks. Vastavalt energia jäävuse seadusele on see töö võrdne kondensaatori energiaga Kondensaatori laadimiseks tuleb teha tööd positiivsete ja negatiivsete laengute eraldamiseks. Vastavalt energia jäävuse seadusele on see töö võrdne kondensaatori energiaga
Kasutusala: 1) raadiotehnika ja elektrotehnika 1) raadiotehnika ja elektrotehnika 2) fotoseadmetes, tuntud fotovälklamp. 2) fototehnikas tunnevad kõik välku. 3) lasertehnoloogias. 3) lasertehnoloogias. 4) arvuti mäluelementides ja oma lemmikarvutis. Arvuti klaviatuuri numbrite ja sümbolite katte all on ju kondensaatorid. 4) arvuti mäluelementides ja oma lemmikarvutis. Arvuti klaviatuuri numbrite ja sümbolite katte all on ju kondensaatorid. 5) kondensaator on leidnud rakendust õhu ja puidu niiskuse mõõtmisel, 5) kondensaator on leidnud rakendust õhu ja puidu niiskuse mõõtmisel, 6) lühisekaitsesüsteemis. 6) lühisekaitsesüsteemis.
Sektsioonid: Füüsika
Didaktiline eesmärk
1. Andke üksikjuhi ja selle ühiku elektrilise võimsuse mõiste; tutvustada lamekondensaatori ehitust ja nende ühenduste tüüpe.
2. Tuletage valemid üksikjuhi, kera, lamekondensaatori, jada- ja paralleelühendusega kondensaatorite aku ning laetud kondensaatori energia kohta.
3. Esitage kondensaatorite klassifikatsioon sõltuvalt plaate eraldava dielektriku tüübist ja elektrilise mahtuvuse väärtusest.
Hariduslik eesmärk
Näidake kondensaatori sädelahenduse või kondensaatori tühjenemise demonstreerimise näitel läbi hõõglambi, et elektriväljal on energiat ja seetõttu on see materjal.
Põhiteadmised ja -oskused
1. Teadma elektrilise võimsuse füüsikalist tähendust, üksikjuhi, sfääri, lamekondensaatori, paralleel- ja jadaühendatud kondensaatorite aku elektrilise võimsuse arvutamise valemeid ning oskama neid rakendada ülesannete lahendamisel.
2. Teadma laetud kondensaatori energia arvutamise valemit ja oskama seda ülesannete lahendamisel rakendada.
Uue materjali esitamise järjekord
1. Juhi elektriline võimsus. Elektrilise võimsuse ühikud.
2. Juhi elektrilise võimsuse sõltuvus selle suurusest, kujust ja ümbritsevatest kehadest.
3. Metallist kuuli (kera) elektriline võimsus.
4. Kondensaatorid. Nende ehitus, otstarve, laadimine ja tühjendamine, dielektriku roll. Kondensaatorite klassifikatsioon.
5. Kondensaatorite jadaühendus akusse.
6. Kondensaatorite paralleelühendus akusse.
7. Laetud kondensaatori energia. Elektrivälja mahuline energiatihedus.
Varustus
Kaks elektromeetrit, neli metallsfääri (kahe läbimõõduga), elektrofori masin, kaks isolatsioonistendit, demokokkupandav lamekondensaator, näidis-muutuv kondensaator, kondensaatorite komplekt (keraamiline, paber, vilgukivi, elektrolüüt), fotovälk, elektriline lamp 3,5 V ja 0,28 A, alalisvooluallikas või vahelduvvoolu toitega alaldi, ühendusjuhtmed. Meeleavaldused
Eraldatud juhi potentsiaali sõltuvus edastatava laengu suurusest; üksikjuhi potentsiaali sõltuvus selle suurusest identsete laengute edastamisel; juhi potentsiaali sõltuvus teiste juhtide olemasolust; lamekondensaatori elektrilise võimsuse sõltuvus plaadi pindalast, plaatide ja plaate eraldava dielektriku vahelisest kaugusest; kondensaatori tühjendamine läbi hõõglambi või välklambi; seade erinevat tüüpi kondensaatorid.
Õpilaste tunnetusliku tegevuse motiveerimine
Tänapäeval teavad kõik õpilased mingil määral kondensaatoritest. Kondensaatoreid kasutatakse laialdaselt raadiotes, televiisorites, magnetofonides ja paljudes elektroonikaseadmetes. Kondensaatorid on mõeldud elektrilaengute ja elektrienergia. Kondensaatori võimet koguda ja salvestada elektrilaenguid kasutatakse tehnoloogias lühiajaliste suure vooluga impulsside tootmiseks. Üheks näiteks sellisest kondensaatori kasutamisest on fotograafias kasutatav elektrooniline välklamp. Sel juhul tühjendatakse kondensaator spetsiaalse lambi kaudu.
Tunniplaan
Õpilaste teadmiste, oskuste ja vilumuste testimine
1. Teavitada õpilasi viimases tunnis sooritatud kehalise dikteerimise tulemustest; analüüsida tüüpilisi ja jämedaid vigu.
2. Intervjueerige nelja õpilast suuliselt järgmiste ülesannetega:
Ülesanne üks:
1) Selgitage elektrostaatilise induktsiooni füüsikalist olemust. Miks on elektrivälja asetatud juhi sees olev pinge võrdne nulliga?
2) Kirjutage valem ühtlase elektrivälja intensiivsuse ja potentsiaalide erinevuse sõltuvuse kohta.
3) Kui palju muutub gaasimolekulide kaootilise liikumise keskmine kineetiline energia, kui selle temperatuur tõuseb 100 K võrra? Vastus: ∆E k =2,07*10 -21 J.
Teine ülesanne:
1) Selgitage mittepolaarsete dielektrikute polarisatsiooni füüsikalist olemust. Miks on elektrivälja asetatud dielektriku sees olev pinge väiksem kui välisvälja tugevus?
2) Kirjutage laetud tasandi elektrivälja tugevuse valem.
3) Määrake 3,2 kg hapniku soojusenergia temperatuuril 127°C. Vastus. ∆U=831 kJ.
Kolmas ülesanne:
1) Selgitage polaarsete dielektrikute polarisatsiooni füüsikalist olemust. Miks tõmbab laenguta paberihülss (dielektrik) laetud keha külge?
2) Kirjutage laetud kuuli elektrivälja potentsiaali valem. 31 Kui palju muutub 1,2 kg süsiniku siseenergia, kui temperatuur langeb 40°C? Vastus. ∆U=49,86 kJ.
Neljas ülesanne:
1) Millistes dielektrikutes ei sõltu polarisatsioon temperatuurist ja millistes? Miks?
2) Miks asub tasakaaluolekus kogu elektrifitseeritud juhi liigne laeng selle pinnal?
3) Määrata 2 kg hapniku rõhk balloonis mahuga 0,4 m 3 temperatuuril 27°C. Vastus
p ≈ 0,39 MPa.
3. Kontrolli oma kodutööd. Lisaküsimused neile, kes vastavad:
T. nr 958. Elektrifitseerige eboniitpulk hõõrdumise teel. Esmalt puudutage lihtsalt elektroskoobi kuuli ja seejärel liigutage pulk üle selle. Kas elektroskoop oli mõlemal juhul võrdselt laetud? (teisel juhul laeb elektroskoop rohkem, kuna laeng ei eemaldata mitte ühest, vaid paljudest varda pinna punktidest.)
T. nr 974. Kui suur on väljatugevus ühtlaselt laetud ringikujulise traadirõnga keskpunktis? Ühtlaselt laetud sfäärilise pinna keskel? (mõlemal juhul on pinge 0.)
T. nr 986. Elektroskoobi õhendamiseks piisab sageli ka sõrmega puudutamisest. Kas elektroskoop tühjeneb, kui läheduses on maapinnast eraldatud laetud keha (ei, sest keha poolt indutseeritud vastupidise märgiga laeng jääb elektroskoobile).
T. nr 987. Kui viia nõel otsaga laetud “sultani” juurde, hakkavad sultani lehed tasapisi tühjenema. Miks? (Nõelal on vastupidise märgiga laeng (sama märk läheb käes maasse), mis neutraliseerib lehtedel paikneva laengu.)
Kuidas loetakse Coulombi seadust?
Kuidas loetakse laengu jäävuse seadust?
Millist välja nimetatakse elektriväljaks?
Frontaalne uuring
1. Kui suur on laengu suurus?
(Sama märgiga elektrilaengute ülejääki mis tahes kehas nimetatakse laengu suuruseks või elektrienergia koguseks.)
2. Kuidas loetakse laengu jäävuse seadust?
(Elektrilaengud ei teki ega kao, vaid jaotuvad ainult ümber kõigi konkreetses nähtuses osalevate kehade vahel.)
3. Millised on elektrifitseerimise tüübid?
4. Miks võib see bensiini ühest paagist teise valades süttida, kui erilisi ettevaatusabinõusid ei rakendata?
(Kui bensiin torust välja voolab, elektriseerub see nii, et tekib elektrisäde, mis selle süütab.)
5. Loe Coulombi seadust?
6. Miks tehakse elektrostaatiliste katsete juhid õõnsaks?
(Kuna staatilised laengud asuvad ainult juhi välispinnal.)
7. Mida me nimetame keskkonna dielektriliseks konstandiks? (Kogus, mis iseloomustab laengutevahelise vastasmõju jõu sõltuvust keskkond nimetatakse e s.)
8. Miks ei ole elektrostaatiliste katsete instrumentidel teravad otsad, vaid need lõpevad ümarate pindadega?
(Juhtmete teravates otstes on laengute tihedus nii suur, et need ei jää juhile kinni ega voola sealt ära.)
9. Millist välja nimetatakse elektriväljaks?
(Välja, mis kannab Coulombi seaduse kohaselt ühe statsionaarse elektrilaengu mõju teisele statsionaarsele laengule, nimetatakse elektriväljaks.)
10. Mida me nimetame pingutusjooneks?
(See on joon, mille väljatugevuse vektorid on suunatud igale punktile tangentsiaalselt.)
11. Jõujoonte omadused?
12. Millist välja nimetatakse homogeenseks?
13. Kuidas määrata laengu märki elektroskoobil, millel on eboniitpulk ja riie?
(Elektroskoobi laengu märk on negatiivne, kui elektrifitseeritud eboniidipulga puudutamisel kalduvad lehed suurema nurga alla.)
14. Kuidas muutub kahe punktlaengu vastastikmõju jõud, kui iga laengu suurust neljakordistada ja laengute vahelist kaugust poole võrra vähendada?
(Suurendage 64 korda.)
15. Mida me nimetame antud punkti väljapotentsiaaliks? (Elektrivälja energiakarakteristikut antud punktis nimetatakse väljapotentsiaaliks antud punktis.)
16. Valem φ, E?
Analüüsige õpilaste vastuseid, kommenteerige ja hinnake.
Täna on meil ebatavaline õppetund. Meil on külalised. Ütleme neile tere. Palun istu maha.
Igaühel teist on laual töötav õppetundide kaart. Kirjutage sellele oma nimi. Peale iga ülesande täitmist sisestad ülesande täitmise eest saadavate punktide arvu. Tunni lõpus arvutame kokku punktide arvu ja paneme vastava hinde.
Õpitud materjali kontrollimine.
Füüsiline dikteerimine.
(pärast valmimist – vastastikune kontrollimine).
Valik 1.
1). Dirigent on aine, milles... (tasuta laengud võivad liikuda kogu mahu ulatuses).
2). Pooljuhtide hulka kuuluvad... (mineraalid, oksiidid, sulfiidid, germaanium, räni, seleen, rasv, soolvesi, veri, süsinik).
3). Üksikjuhi elektriline võimsus arvutatakse valemi....(C = Q/φ) abil.
4) ε 0 on ... (elektrikonstant ja võrdne 8,85 * 10 -12 C 2 / N * m 2).
5) Elektrivõimsust mõõdetakse... (faradides).
6) Kera elektriline võimsus sõltub...(raadiusest).
7) Mis kolme rühma on kõik ained jagatud... (juht, pooljuht, dielektrik).
2. variant.
1) Pooljuht on aine, milles... (vabade laengute arv sõltub välistingimustest).
2) Juhtide hulka kuuluvad... (metallid. Soolade, leeliste, hapete, niiske õhu, plasma, inimkeha lahused).
3) Üksiku palli elektriline võimsus arvutatakse valemi...(C = 4π ε 0 ε R) abil.
4) ε on... (keskkonna dielektriline konstant)
5) Laengut mõõdetakse... (kulonides).
6) Kera elektriline võimsus ei sõltu... (laeng tema pinnal).
7) Dielektrikute hulka kuuluvad... (gaasid, destilleeritud vesi, benseen, õlid, klaas, portselan, vilgukivi, puit ja teised).
Uue materjali õppimine.
(ülevaatuse käigus täidetakse seda toetav kokkuvõte).
Elektrilaengute salvestamiseks kasutatakse seadet, mida nimetatakse kondensaatoriks.
Mis on kondensaator? Millest see koosneb?
Põhiline kokkuvõte.
Kondensaator on... (kahe dielektrilise kihiga eraldatud juhi süsteem, mille paksus on juhi suurusega võrreldes väike).
Juhid on...(kondensaatorplaadid).
Võimeline koguma suurt laengut.
Elektriväli kondensaatori sees.
Laadimiseks….(ühendage selle plaadid vooluallika poolustega).
Kondensaatorite tüübid: õhk, vilgukivi, keraamika, paber, elektrolüüt,…
(tabelikuva: Kondensaatorite tüübid).
Teade: esimene kondensaator.
Peamine omadus on elektriline võimsus.
Elektriline võimsus on..(füüsikaline suurus, mis iseloomustab kahe juhi võimet akumuleerida elektrilaengut).
Animatsiooni kuvamine arvutis: "Kondensaatori mahtuvus ja selle kasutamine."
C =q/φ; C = εε 0 S / d.
Mõõtühik: Farad (F).
Rakendus:
raadiotehnika;
kaamera välklamp;
arvuti klaviatuur;
Kondensaatori energia.
(Animatsioon: "Kondensaatorite disain ja energia").
Ühenduste tüübid diagrammil:
C = C 1 + C 2 +……..
1/C = 1/C1+1/C2+….
Puudused:
Energiat ei jätku kauaks.
Tühjendub kiiresti.
Nõuab pidevat laadimist.
Probleemi lahendamine.
Kondensaatori elektriline võimsus on C = 5pF. Milline laeng oli igal selle plaadil, kui nende potentsiaalide erinevus on U = 100 V.
Laeng q = 6 * 10 -4 C lamekondensaatori plaatidel tekitab plaatide vahel potentsiaalide erinevuse 200 V. Määrake kondensaatori elektriline võimsus (Kasjanov: Füüsika -10, lk 403, ülesanne nr 1 ).
Arvutage 0,1 μF võimsusega kondensaatori elektrostaatilise välja energia, mis on laetud 200 V potentsiaalide erinevuseni. (Kasjanov: Füüsika - 10, lk 406, ülesanne nr 1).
Leidke lamekondensaatori elektriline võimsus, kui iga plaadi pindala on 1 m 2, plaatide vaheline kaugus on 1,5 mm. Dielektrik on vilgukivi (ε = 6).
Iseseisev töö.
(pärast lõpetamist kontrollivad nad üksteist)
Valik 1.
1. Kui suur on kondensaatori mahtuvus, kui seda 1,4 kV pingele laadides saab laengu 28 nC?
2. Arvutage käivitusmootori kondensaatori energia selle täieliku tühjenemise hetkel, kui on teada, et plaatidel on pinge 300 V ja kondensaatori mahtuvus on 0,25 μF.
2. variant.
1. Leidke 200 V potentsiaalivahega laetud õhkkondensaatori võimsus. Iga plaadi pindala on 0,25 m2, nende vaheline kaugus on 1 mm. (ε = 1).
2. Kondensaator ütleb 4 µF, 100 V. Mis on maksimaalne energia, mis sellel võib olla.
Õppetunni kokkuvõte. Hindamine.
Mida uut sa õppisid? Mida sa õppisid?
Vaadake üle põhimõisted (kondensaator, plaadid, võimsus, energia, rakendus).
Kodutöö.
Õppige lisamärkmeid.
Probleemi lahendama.
Ülesanne: Lamekondensaatori iga plaadi pindala on 200 cm 2 , ja nende vaheline kaugus on 1 cm Kui suur on väljaenergia, kui väljatugevus on 500 kV/m?
