Elektroemkost_1425693791_41054

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

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

Повторение
Характеристики электрического поля
Напряженность
Потенциал
Разность потенциалов
Формула связи напряженности с напряжением (разностью потенциалов)
При каком условии можно накопить на проводниках большой заряд?

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

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

Конденсатор – система двух разноименно заряженных проводников, разделенных диэлектриком
Типы конденсаторов
постоянной и переменной емкости и различаются по роду диэлектрика между пластинами
бумажные, керамические, воздушные …

Плоский конденсатор - две заряженные параллельные пластины, находящиеся на малом расстоянии
Электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластины конденсатора и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами
- - - - - - - - - - - -
+ + + + + + + + + +
d
диэлектрик
С – электроемкость плоского конденсатора, Ф
ε – диэлектрическая проницаемость
ε0 - электрическая постоянная, Ф/м
S - площадь пластины конденсатора, м2
d - расстояние между пластинами, м

Шаровой конденсатор
+
_
_
_
_
R1
R2
Электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора

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

Параллельное соединение
С1
С2
+
_
+
_
q1
q2
+
_
C
q
S↑, следовательно, С↑

Соединение конденсаторов одноименными полюсами
С1
С2
+
+
-
-

Соединение конденсаторов разноименными полюсами
С1
С2
+
+
-
-

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

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

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

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

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

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.

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.

Электролитические конденсаторы
Полимерные конденсаторы
с твердым электролитом
на чипсете

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.

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?

Ответ: d = 5,3 мкм

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?

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

Эквивалентная схема
С1
С2
С3
С
С
С
С
С
С
С
С
С
С
С
С

Электроемкость плоского конденсатора с квадратными пластинами со стороной 10 см, расположенными на расстоянии 1 мм друг от друга, в воздухе примерно равна
10 пФ
0,1 нФ
1 мкФ
0,1мФ

Как изменится электроемкость плоского воздушного конденсатора, если расстояние между его пластинами увеличить в 2 раза?
Уменьшится в 2 раза
Уменьшится в 4 раза
Увеличится в 4 раза
Увеличится в 2 раза

Как изменится электроемкость плоского воздушного конденсатора, если площадь его пластин увеличить в два раза, а расстояние между ними уменьшить в 2 раза?
Не изменится
Уменьшится в 4 раза
Увеличится в 4 раза
Увеличится в 2 раза

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

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.

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.

Определите электроемкость батареи состоящей из четырех одинаковых конденсаторов электроемкостью С.
С/4
С
2С/5
4С/3
3С/5
3С/4
С
С
С
С
1
2
С
С
С
С