"Zadania dla prądu elektrycznego" - podstawowe formuły. Zadania. Praca z formularzy prąd elektryczny... Zadania na pierwszym poziomie. Prąd elektryczny. Aktualna siła Cel: Terminologiczne dyktowanie. Quiz. 2. Istnieją dwie lampy o mocy 60 W i 100 W, przeznaczone do napięcia 220V. Napięcie. Lekcja fizyki: uogólnienie na temat "Elektryczność".
"Zastosowanie kondensatorów" - odwierty radiowe w Plateau. Mikrofon Lavaliera. Gromady i moduły LED, elastyczne paski LED. Mikrofon pojemnościowy. Osoba ma pojemność kuli równą 30 cm. Więcej informacji o dostarczanych produktach można znaleźć na stronie www.e-neon.ru. Obwód prostownika. Skraplacz CTEALTG STC - 1001.
Opłaty są rozdzielane poprzez wykonywanie prac mechanicznych. Ogniwa słoneczne składają się z fotokomórek. Używany w panelach słonecznych, czujnikach światła, kalkulatorach, kamerach wideo. Materiał mocujący. Pierwsza bateria elektryczna pojawiła się w 1799 roku. Uszczelnione kompaktowe akumulatory (GMA).
"Prąd elektryczny" - elektrolityczny efekt prądu. Departament ofiary z części pod napięciem, pod napięciem. Biologiczne skutki prądu. Czynniki wpływające na wynik porażenia prądem. Zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się z elektrycznością Mechaniczne działanie prądu. Ogólne obrażenia elektryczne.
"Praca i prąd mocy" - James Watt. Jednostki pracy. Jednostki władzy. Naucz się określać moc i aktualną wydajność. i = P / u. A = P * t. Wykonaj prąd elektryczny. James Joule. Oblicz zużycie energii (1 kWh kosztuje 1,37 r). Praca i moc prądu elektrycznego. Moc prądu elektrycznego jest pracą, którą prąd wytwarza na jednostkę czasu.
"Prądy zmienne" - bracia Hopkinson opracowali teorię obwodów elektromagnetycznych. Wielkość częstotliwości przemysłowej prąd przemienny ze względów technicznych i ekonomicznych. Napięcie przemienne przekształcone w stały prostownik półprzewodnikowy. W 1848 r. Francuski mechanik G. Rumkorf wynalazł cewkę indukcyjną.
Jednostka mocy elektrycznej w SI: 1 F = 1 C / V.
Wydajność elektryczna kuli: C = 4 · πε 0 εR.
Jaki promień kulki miałby pojemność elektryczną równą 1 F? Elektryczność na Ziemi 710 mikrofaradów. Jaka jest w przybliżeniu pojemność elektryczna twojego ciała (jak kula o średnicy 1 m - 50 pF)?
Stała elektryczna: [ε 0] = [F / m].
W najprostszych przypadkach można obliczyć pojemność elektryczną przewodnika za pomocą prostych wzorów, można zmierzyć potencjał przewodnika względem Ziemi, a następnie wzór q = cφ może określić ładunek przewodnika.
Porównanie pojemności elektrycznej pojedynczego przewodu z pojemnością elektryczną systemu dwóch przewodów (demonstracja). W takim przypadku pojemność elektryczna jest większa?
Skraplacz Napełnienie kondensatora. Dwa sposoby ładowania kondensatora: tablice informacyjne równe co do wielkości, ale przeciwne w opłatach za znak; uziemienie jednej z płyt i wiadomość ładuje drugą. Napięcie między płytami kondensatora: 
U ~ q.
Kondensator pojemności:
Pojemność (C) - właściwość kondensatora do akumulacji ładunek elektrycznymierzony stosunkiem ładunku kondensatora do napięcia między jego płytami.
Pojemność elektryczna płaski kondensator:. Eksperymentalna walidacja formuły.
Jak mogę naładować kondensator? Jego pierwsi wynalazcy (Leyden Bank) odgadli to. W mieście Leiden dwaj fizycy próbowali elektryzować wodę w szklanym naczyniu, które trzymał jeden z nich. Kiedy dotknął przewodnika, zanurzył się w wodzie, doznał silnego uderzenia od wyładowania elektrycznego. Następnie przeprowadzono wiele takich eksperymentów, a szereg praktycznych zastosowań opiera się na tej pojemności kondensatora. Wypróbuj i elektryzujesz wodę w naczyniu!
Trzecim sposobem ładowania kondensatora jest podłączenie jego płytek do źródła prądu: 
. Pomiar stałej dielektrycznej ośrodka za pomocą kondensatora.
Pytanie: Płyty naładowanego kondensatora są naprzemiennie uziemione. Czy kondensator zostanie rozładowany?
Podłącz kondensatory do akumulatorów.
Połączenie równoległe: U = U1 = U2; q = q 1 + q 2; c = c 1 + c 2.
Połączenie szeregowe: q = q 1 = q 2, U = U 1 + U 2 ,. Zastosowanie: pojemnościowe ekrany dotykowe.
Mieszanka mieszana:
W jakich przypadkach kondensatory są połączone równolegle, a w których przypadkach szeregowo? Przykłady
Jaki typ związków dotyczy kontaktu dwóch przewodzących kulek, z których jedna ma ładunek q,a drugi nie jest obciążany?
, C = C 1 + C 2, q = (C R + C r) φ, q =.
W jaki sposób ładunek rozdzielono między kulki po ich podłączeniu?
Uziemienie
Iv. Zadania:
1. Dwie kule przewodzące, których promień różni się 5 razy, są ładowane przez równe ładunki o tej samej nazwie. Ile razy siła odpychająca pomiędzy kulkami zmieni się, jeśli są połączone drutem?
2. Metalową kulkę ładuje się za pomocą elektroforezy za pomocą metalowej płytki, która po każdym kontakcie z piłką jest ładowana z maszyny ponownie w celu naładowania Q. Określić maksymalne ładowanie kuli, jeśli q jest jej ładunkiem po pierwszej operacji.
3. Jedna płytka płaskiego skraplacza powietrza jest nieruchoma, druga jest zawieszona na sprężynce o sztywności k. Powierzchnia płytek jest równa S. Jak długo będzie sprężyna, jeśli kondensator jest naładowany? q?
4. Kondensator o pojemności 1 mikrofarada może wytrzymać napięcie 500 V bez awarii, a kondensator o pojemności 0,5 mikrofarada - 1500 V. Jakie jest najwyższe napięcie, które można zastosować do układu tych kondensatorów połączonych szeregowo?
5. Szczelina między płytami płaskiego kondensatora jest wypełniona polietylenem ( ε = 2,5). Jaka jest gęstość powierzchniowa ładunku indukowanego na polietylenie, jeżeli grubość szczeliny wynosi 1 mm, a napięcie na płytach kondensatora wynosi 1000 V?
Pytania:
1. Jeśli ręka zostanie przyniesiona do kuli naładowanego elektroskopu (bez dotykania piłki), liście trochę opadną. Dlaczego?
2. Jak zmieni się siła oddziaływania płyt płaskiego kondensatora, jeśli odległość pomiędzy nimi zostanie zmniejszona bez zmiany ładunku kondensatora?
3. Jak wygląda pole na krawędziach naładowanego kondensatora? W oparciu o koncepcję potencjalnej natury zera elektrostatycznego, pokaż, że pole na krawędziach kondensatora płaszczyzny nie jest zerowe.
4. Czy można ładować słoik leyden bez uziemienia jednej z płytek?
5. Wymień procedury, które zwiększają pojemność kondensatora.
6. Jak zmieni się napięcie przebicia płaskiego skraplacza powietrza, jeśli na jego wewnętrznej powierzchni pojawi się guz, na przykład pyłek?
7. Czy różnica potencjałów na płytach płaskiego skraplacza powietrza zmieni się, jeśli zostanie uziemiony?
8. Jaka jest pojemność kondensatora powietrznego sferycznego złożonego z dwóch współśrodkowych sfer o promieniu R i 2R?
9. Jak zachowa się dipol elektryczny na krawędzi kondensatora?
10. Płaski kondensator ma pojemność C. Ładunek + q jest umieszczony na jednej z płytek kondensatora, a ładunek + 4q jest umieszczony na drugiej. Określ napięcie na kondensatorze.
Maszyna Rheostatic Plante (materiał dodatkowy): Jeżeli bateria Ν podłączonych równolegle kondensatorów jest ładowana ze źródła prądu o napięciu U 1, wówczas energia zmagazynowana przez akumulator wynosi E = C · U 1 2/2. Jeżeli akumulator zostanie odłączony od źródła i kondensatory zostaną włączone szeregowo, to z powodu oszczędności energii Ν · C · U 1 2/2 = U 2 2/2 i U 2 = N U 1. Ulepszona maszyna Plante podała napięcie 1200 kV.
V. § 49-50. Upr.8, № 1, 2
1. Do zbadania użyj papieru przewodzącego elektryczność, baterii i mikrometra pole elektryczne kondensator i narysuj jego spektrum.
2. Co to jest około pojemność elektryczna twoje ciało?
3. Wykazać, że jeśli obniżysz krawędzie płaskiego naładowanego kondensatora z pionowo położonymi płytkami do ciekłego dielektryka, wtedy ciecz wzrośnie do pewnej wysokości. Wyprowadź wzór do określenia wysokości windy.
4. Zaproponuj projekt maksymalnego miernika prędkości piłki osiągniętego przez piłkę po uderzeniu w nią.
"Moje nowe urządzenie ... imituje swoje działania banki leyden
lub baterie elektryczne, powodując takie same wstrząsy, jakimi są. "
A. Volta
Lekcja 14. NADAJĄCA ENERGIA POJEMNOŚCIOWA
Cel lekcji: Daj pojęcie o energii pole elektryczne, metody jego akumulacji i pomiaru.
Rodzaj lekcji: Połączone.
Wyposażenie: Akumulator kondensatorowy, prostownik VUP-2, panel lampy, zestaw kondensatorów różnych typów.
Plan lekcji:
2. Ankieta 15 min
3. Wyjaśnienie 15 min
4. Ustalanie 10 min
5. Praca domowa przez 2-3 minuty
Ii. Badanie ma podstawowe znaczenie:
1. Pojemność elektryczna.
2. Pojemność płaskiego kondensatora.
3. Kondensatory połączeniowe.
Pytania:
1. Czy pojemność płaskiego kondensatora zmieni się, jeśli cienka, nienaładowana metalowa płytka tego samego obszaru zostanie włożona w szczelinę powietrzną między jego płytami?
2. Dlaczego małe kawałki papieru przyciągają naładowany plastikowy grzebień, ale nie przyciągają żadnej z równoległych płyt naładowanego kondensatora?
3. 1 cm3 węgla aktywnego nasyconego roztworem soli metali alkalicznych w rozpuszczalniku organicznym ma pojemność 10 F. Dlaczego?
4. Talerze naładowane i odłączone od akumulatora kondensatora są przyciągane siłą F. Czy ta siła ulegnie zmianie, jeśli płytka dialektyczna zostanie włożona do kondensatora bez dotykania płyt?
5. Demonator przylega do drutu podłączonego do elektrometru i skacze. W tym przypadku igła elektrometru odchyla się i powraca po lądowaniu. Wyjaśnij zaobserwowane zjawisko.
6. W którym z poniższych przypadków można porównać wyniki pomiarów dwóch wielkości? 1) 1 C i 1 A · B; 2) 3 C i 1 F · B; 3) 2 A i 3 W · s; 4) 3 A i 2 J / Cl.
7. Promień metalowej kuli przy generatorze zabawek Van de Graaffa wynosi 5 cm Jaką opłatę należy umieścić na kuli, aby określić potencjał 50 000 V?
8. Płyty naładowanego płaskiego kondensatora na przemian uziemione. Co stanie się z kondensatorem?
Zadania:
1. Dwa kondensatory połączone szeregowo z kondensatorami 2 μF i 6 μF ładowanymi ze źródła prądu stałego 120 V. Określ napięcie na każdym kondensatorze.
2. Kondensator o pojemności 6 μF, naładowany do napięcia 400 V, był połączony równolegle z nie naładowanym kondensatorem o pojemności 10 μF. Jakie napięcie zostanie zainstalowane na płytach obu kondensatorów?
3. Płaskie skraplacz powietrza z kwadratowymi płytkami częściowo wypełnionymi dielektrykiem, jak pokazano na rysunkach. Określić pojemność tego kondensatora i napięcie na jego płytach, jeżeli ładunek na płytach kondensatora q, powierzchnia płytek S, stała dielektryczna ośrodka ε. Wymiary dielektryka pokazano na rysunkach.
4. Powierzchnia płyty płaskiego skraplacza powietrza wynosi 250 cm2, odległość między nimi wynosi 2 mm. Kondensator jest ładowany z akumulatora o napięciu 150 V. Określ pojemność kondensatora, jego ładunek i natężenie pola elektrycznego między jego płytami.
5. Po tym kondensator został odłączony od akumulatora (ładunek na płytach nie zmienia się w tym samym czasie) i płytka dielektryczna (ε = 5) o tej samej powierzchni i grubości 1 mm została włożona między płytki. Określić: a) natężenie pola elektrycznego w dielektryku; b) napięcie między płytami po wprowadzeniu dielektryka; c) pojemność kondensatora z dielektrykiem.
6. Jeśli nie odłączyliśmy kondensatora od akumulatora i nie wstawiliśmy płyty dielektrycznej, to jaki byłby ładunek kondensatora i pola elektrycznego w szczelinie powietrznej iw dielektryku?
7. Załóżmy, że w pozycji początkowej wszystkie elektrony i jony neutralnej plazmy są przesunięte względem siebie, jak płytki kondensatora na odległość X. Jeśli ładunek elektronu emasa m, stężenie elektronów njaka jest częstotliwość oscylacji plazmy elektronu?
Iii. Różne typy kondensatorów: a) papier (demonstracja); b) ceramika (tytanian baru zwiększa pojemność elektryczną o 10 000 razy, a DNA o 130 000 razy); c) elektrolityczne (demonstracja); d) MOS - technologia. Kondensatory o stałej i zmiennej wydajności; ich oznaczenie na obwodach elektrycznych.
|
.
Wraz z przeniesieniem każdej kolejnej części opłaty, praca wzrasta i na koniec jest równa: I n = ΔqU.Łączna praca wymagana do przesłania ładunku q jest równa sumie podstawowych zadań: 
. 
.
Przepływ kondensatora przez rezystor: U (t) = Ue - t / R · C, I =.
Jaka energia jest przechowywana kondensator elektrolityczny o mocy 22 000 uF przy napięciu źródła prądu 30 V? Około 10 J ?! Jego waga wynosi 0,5 kg! Jeśli zostanie podniesiony do wysokości 2 m, wówczas będzie magazynował energię potencjalną około 10 j. To nie wystarczy. Jednak w kondensatorze te 10 J są przechowywane w dogodny sposób, ponieważ podczas rozładowania (τ = 1 μs) dostarczana jest chwilowa moc 10 MW! Ale możesz wziąć większy kondensator! Jeśli jest wypełniony DNA, to w tych samych warunkach będzie przechowywał 600 kJ na 1 kg masy?
Gęstość energii pola elektrycznego:
Wniosek: Gęstość energii pola elektrycznego przechowywanej w dowolnej części przestrzeni jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola elektrycznego w tym obszarze.
Dlaczego, na przykład, konieczne jest wykonanie pracy w celu jonizacji atomu wodoru?
Model kondensatora.
Zastosowanie kondensatorów (podręcznik do samodzielnego czytania i wypełnianie tabeli).
| Numer produktu | Urządzenie | Typ urządzenia | Oznaczenie na diagramach | Charakterystyka | Cel | Praktyczne zastosowania |
| 1. | Skraplacz |
Iv. Zadania:
1. Instalacja do spawania impulsowego zasilana jest kondensatorem 1000 μF, ładowanym do napięcia 1000 V. Czas rozładowania kondensatora wynosi 2 μs. Znajdź użyteczną moc wyładowania, biorąc pod uwagę, że wydajność instalacji wynosi 5% (25 MW).
2. Kondensator o pojemności 100 pF jest ładowany do różnicy potencjałów 90 V. Po odłączeniu akumulatora kondensator jest połączony równolegle z nienaładowanym kondensatorem o nieznanej pojemności. Określić pojemność tego kondensatora, jeśli końcowe napięcie było równe 30 V? Ile ciepła zostało uwolnione? Jeśli naładowany kondensator jest podłączony do nienaładowanego kondensatora o tej samej pojemności, to połowa energii jest zużywana na ciepło. A jeśli połączyliśmy je z przewodami nadprzewodzącymi? Analogia z oscylacjami idealnego płynu w naczyniach komunikacyjnych.
3. Pojemność kondensatora Dzięki bez dielektryka ma opłatę q. Ile ciepła zostanie uwolnione w skraplaczu, jeśli jest wypełnione substancją stała dielektryczna ε ? Kondensator jest odłączony od akumulatora.
4. Kondensator kondensatora Dzięki podłączony do akumulatora. Ile ciepła uwalniane jest w obwodzie, jeżeli jest wypełnione substancją o stałej dielektrycznej ε ? Akumulator obsługiwany na skraplaczu stałe napięcie U.
Pytania:
1. Czy możliwe jest zwiększenie energii naładowanego szkolnego kondensatora ślizgowego bez zmiany jego ładunku? Jakie są sposoby na zmianę energii tego kondensatora?
2. Płytki płaskiego kondensatora są odsuwane jeden raz, pozostawiając je cały czas podłączone do źródła napięcia, innym razem odłączone po początkowym naładowaniu. W którym z tych dwóch przypadków musisz wykonać wspaniałą pracę polegającą na odsuwaniu płytek od siebie?
3. Po naładowaniu płaski kondensator powietrza zostaje odłączony od źródła napięcia i zanurzony w nafcie. Jak zmieni się energia zmagazynowana w kondensatorze?
4. Do naładowanego kondensatora z energią E 0, podłącz ten sam, ale nie naładowany kondensator. Ile ciepła uwalniane jest w tym procesie?
5. Zaproponuj metody pomiaru pojemności kapacytancji.
6. Potencjalna energia oddziaływania pary przeciwnych ładunków jest ujemna, a naładowany kondensator jest dodatni. Dlaczego?
7. Czy jest możliwe określenie pojemności kondensatora przez pomiar czasu, w którym napięcie na kondensatorze, mierzone woltomierzem o znanej rezystancji wewnętrznej, zmniejsza się o współczynnik e?
8. Spróbuj zastosować zasadę najmniejszego działania, aby wyjaśnić, dlaczego płynny dielektryk w płaskim naładowanym kondensatorze z nierównoległymi płytkami przesuwa się z wąskiej części kondensatora do jego szerokiej części.
§ 51. Przykł. 9, nr 3, 4
1. Na rysunku pokazano schemat pojemnościowego czujnika poziomu cieczy. Wyprowadzić wzór na zależność pojemności czujnika od wysokości poziomu cieczy (dielektryka). Jaka jest zasada tego czujnika?
2. 
Jest izolowany powietrzny kondensator powietrzny, w którym promienie płytek R 1 (wewnętrzna podszewka) i R 2 (zewnętrzne) i opłaty q. Znajdź gęstość energii pola elektrycznego między płytkami kondensatora w przypadku, gdy R 2 - R 1<< R
.
3. Płaski kondensator powietrzny o pojemności 4000 pF, podłączony do źródła prądu o napięciu 200 V. Odległość między płytami kondensatora wynosi 2 mm. Określ największą liczbę niewiadomych.
4. Jeśli kondensator ma pojemność 100 mikrofaradów, jest naładowany do napięcia 10 kV. rozładować przez metalowy drut o średnicy 0,5 mm i długości 10 cm, następnie nastąpi eksplozja (wybuchowe wrzenie). Zbadaj to zjawisko i wyjaśnij to.
5. Przykrywając szklankę wody dłonią, zanurz ją w metalowej łyżeczce i dotknij biegunem działającej maszyny elektroforowej łyżeczką. Jeśli teraz, nadal trzymając szklankę w ręku, drugą ręką dotknę łyżką, a następnie odczuwam wstrząs elektryczny. Obserwuj i wyjaśnij zjawisko.
6. Pomiar pojemności kondensatora i stałej dielektrycznej medium za pomocą multimetru.
"Mistrz nie może pracować -
Brakuje mu tajemnicy rzemiosła. "
Nieznany poeta
Lekcja 15 ROZWIĄZANIE ZADAŃ
cel lekcji: Kontynuuj tworzenie umiejętności rozwiązywania problemów. Aby skonsolidować wiedzę uzyskaną w badaniu elektrostatyki.
rodzaj lekcji: Rozwiązywanie problemów.
Wyposażenie: Mikrokalkulator, tabela podsumowująca "Kondensator".
plan lekcji:
1. Część wstępna 1-2 minuty
2. Ankieta 10 min
3. Rozwiązywanie problemów 30 min
4. Praca domowa przez 2-3 minuty
Ii. Badanie ma podstawowe znaczenie:
1. Energia naładowanego kondensatora.
2. Rodzaje kondensatorów i ich zastosowanie.
Zadania:
1. Kondensator płaski o pojemności C jest ładowany do napięcia U i odłączany od źródła prądu. Jaką pracę należy wykonać, aby trzykrotnie zwiększyć odległość między płytkami?
2. Kondensator C jest podłączony do źródła prądu z napięciem U. Jaką pracę należy wykonać, aby powoli zwiększyć odległość między płytkami kondensatora o 3 razy?
3. 
Płaski kondensator powietrzny o pojemności C jest podłączony do źródła prądu o napięciu U. Jaką pracę należy wykonać, aby szybko zwiększyć odległość między jego płytami 3 razy? Jak dużo ciepła zostanie uwolnione w łańcuchu po tym?
4. Ile ciepła zostanie uwolnione na rezystorze po zamknięciu klucza Do?
5. Duża grubość płyty przewodzącej d i kwadratowe S umieszczone w jednolitym polu elektrycznym Eprostopadle do płytki. Ile ciepła zostanie uwolnione w płycie, jeśli pole zostanie wyłączone?
Pytania:
1. Płaski kondensator został naładowany do różnicy potencjałów nieznacznie osiągającej wartość przebicia i odłączony od źródła napięcia. Czy nastąpi awaria, jeśli płyty zaczną się ze sobą łączyć?
2. Różnica potencjałów między kondensatorem naładowanym i odłączonym od akumulatora podwoiła się, gdy dielektryk, który go napełnił, został opróżniony. Jaka jest dielektryczna stała dielektryka?
3. Czy pojemność płaskiego kondensatora zmieni się, jeżeli nienaładowana metalowa płyta zostanie wepchnięta w szczelinę powietrzną między płytami?
4. Czy to się zmieni, a jeśli tak, to w jaki sposób, energia skraplacza powietrza, czy płyta dielektryczna jest włożona między jego płyty? Rozważ wszystkie możliwe przypadki.
Dwa płaskie kondensatory, z których jeden zawiera szklaną płytkę ze stałą dielektryczną 1,5, całkowicie wypełniającą szczelinę między jej płytami, są połączone równolegle, naładowane do napięcia 200 V i odłączone od źródła prądu. Jaką pracę należy wykonać powoli (ciepło nie jest uwalniane!) Usunąć płytkę ze skraplacza, jeżeli pojemność pustego kondensatora wynosi 6 μF? Ile ciepła zostaje uwolnione, jeśli szybko wyjmiesz płytkę?2. Skraplacz powietrza o pojemności 3 μF jest podłączony do źródła prądu o napięciu 100 V. Płyty kondensatora są powoli rozsuwane, potrajając odległość między nimi. Jaka jest praca? Jakie prace zostaną wykonane i ile ciepła zostanie uwolnione podczas szybkiego rozszerzania się płyt?
3. Jest bateria 9 V, dwa identyczne kondensatory i przewody łączące. Jakie maksymalne napięcie można uzyskać za pomocą tego urządzenia?
4. 
Kondensatory są połączone, jak pokazano na rysunku. Jaka jest pojemność baterii?
Iv. Upr.9, № 5, 6.
1. Z czterech identycznych kwadratowych płyt S każdy, który nie może być przesunięty bliżej siebie mniej niż d, musisz zrobić kondensator o maksymalnej pojemności. Jak ich potrzebujesz?
2. Kilka identycznych kondensatorów podłączonych do akumulatora. Napięcie na każdym z nich jest nieco mniejsze niż uszkodzenie. Przypadkowo nastąpił rozkład dielektryka jednego z kondensatorów. Czy pozostałe kondensatory ulegną przebiciu, jeśli zostały połączone szeregowo z baterią? Równolegle?
"Nigdy nie wolno nam zapominać, że każdy sukces naszej wiedzy stwarza więcej problemów niż rozwiązuje, i że w tym obszarze każda nowa otwarta przestrzeń sugeruje istnienie nieznanych nam ogromnych kontynentów."
Louis de Broglie
Lekcja 16. OGÓLNA LEKCJA NA TEMAT ELEKTROSTATYKI
cel lekcji: Systematyzować i uogólniać wiedzę studentów na temat elektrostatyki zgodnie z planem studiowania teorii.
rodzaj lekcji: powtarzalne uogólnienie.
Wyposażenie: Generalizujący stół do rysowania "Elektrostatyka", film "Elektrostatyka", foldery testowe.
plan lekcji:
1. Część wstępna 1-2 minuty
2. Uogólnione powtórzenie 15 minut
3. Demonstracja filmu 25 minut
4. Praca domowa przez 2-3 minuty
Ii. Wypełnianie stołu.
7.6. Kondensatory
7.6.3. Zmiana mocy elektrycznej kondensator i kondensator
Pojemność kondensatora można zmienić, zwiększając lub zmniejszając odległość między jego płytkami, zastępując dielektryk w przestrzeni między nimi itp. W tym przypadku czynnikiem decydującym jest to, czy kondensator jest odłączony, czy podłączony do źródła napięcia.
Jeśli kondensator (lub bateria kondensatorów):
U = const;
Q = const.
Po połączeniu ze sobą z tych samych tabliczek z nazwami dwa naładowane kondensatory mają miejsce połączenie równoległe.
U = Q łącznie C ogółem
gdzie Q to całkowity ładunek baterii kondensatora; C ogółem - pojemność elektryczna baterii;
C ogółem = C 1 + C 2,
gdzie C 1 - pojemność elektryczna pierwszego kondensatora; C 2 oznacza pojemność elektryczną drugiego kondensatora;
Q ogółem = Q 1 + Q 2,
Po połączeniu ze sobą przeciwległe pokrywy dwa naładowane kondensatory mają miejsce (jak w przypadku połączenia podobnych płytek) z ich połączenie równoległe.
Parametry takiego banku kondensatorów są obliczane w następujący sposób:
U = Q łącznie C ogółem
gdzie Q to całkowity ładunek baterii kondensatora; C ogółem - pojemność baterii;
C ogółem = C 1 + C 2,
gdzie C 1 - pojemność elektryczna pierwszego kondensatora; C 2 - pojemność elektryczna drugiego kondensatora;
Q ogółem = | Q 1 - Q 2 |,
gdzie Q 1 to ładunek początkowy pierwszego kondensatora, Q 1 = C 1 U 1; U 1 - napięcie (różnica potencjałów) między płytami pierwszego kondensatora a złączem; Q 2 - początkowy ładunek drugiego kondensatora, Q 2 = C 2 U 2; U 2 - napięcie (różnica potencjałów) między płytami drugiego kondensatora a złączem.
Przykład 17. Dwa kondensatory o tej samej pojemności elektrycznej są ładowane odpowiednio do różnicy potencjałów wynoszącej 120 i 240 V, a następnie są połączone podobnymi płytami. Jaka będzie różnica potencjałów między płytkami kondensatorów po określonym połączeniu?
Decyzja. Przed podłączeniem płyt kondensatorów o tej samej nazwie każda z nich miała opłatę:
Podłączając podobne płytki, uzyskujemy równoległe połączenie kondensatorów. Różnica potencjałów między płytami banku kondensatorów jest określona wzorem
U = Q łącznie C ogółem
Całkowity ładunek baterii dwóch kondensatorów, uzyskany przez połączenie ich podobnych płyt, jest określony przez sumę ładunków każdego z nich:
Q ogółem = Q 1 + Q 2,
U = Q całkowita C całkowita = Q 1 + Q 2 2 C = C U 1 + C U 2 2 C = U 1 + U 2 2.
Oblicz:
U = 120 + 240 2 = 180 V.
Różnica potencjałów między płytkami kondensatorów po określonym połączeniu będzie wynosić 180 V.
Przykład 18. Dwa identyczne płaskie kondensatory są ładowane do różnicy potencjałów wynoszącej 200 i 300 V. Określ różnicę potencjałów między płytkami kondensatorów po połączeniu ich przeciwległych płytek.
Decyzja. Przed podłączeniem przeciwległych płyt kondensatorów, każdy z nich miał opłatę:
Q 1 = C 1 U 1 = CU 1,
gdzie C 1 to pojemność elektryczna pierwszego kondensatora, C 1 = C; U 1 - różnica potencjałów między płytami pierwszego kondensatora;
Q 2 = C 2 U 2 = CU 2,
gdzie C 2 jest pojemnością elektryczną drugiego kondensatora, C 2 = C; U 2 - różnica potencjałów między płytami drugiego kondensatora.
Przy łączeniu przeciwległych płyt uzyskujemy równoległe połączenie kondensatorów. Różnica potencjałów między płytami banku kondensatorów jest określona wzorem
U = Q łącznie C ogółem
gdzie Q suma to całkowite naładowanie baterii; C ogółem - całkowita pojemność elektryczna akumulatora.
Całkowity ładunek baterii dwóch kondensatorów, uzyskany przez połączenie ich przeciwległych płytek, jest określony przez moduł różnicy ładunków każdego z nich:
Q ogółem = | Q 1 - Q 2 |,
a całkowita pojemność elektryczna baterii dwóch identycznych kondensatorów połączonych równolegle jest
C ogółem = C 1 + C 2 = 2C.
Dlatego różnica potencjałów między płytami akumulatora jest określona przez wyrażenie
U = Q całkowita C całkowita = | Q 1 - Q 2 | 2 C = | C U 1 - C U 2 | 2 C = | U 1 - U 2 | 2
Oblicz:
U = | 200 - 300 | 2 = 50 V.
Różnica potencjałów między płytkami kondensatorów po określonym połączeniu będzie wynosić 50 V.
Przykład 19. Płaski kondensator powietrza jest naładowany do 180 V i odłączony od źródła napięcia. W przestrzeni między płytami, równolegle do nich, umieszczona jest nienaładowana metalowa płytka, której grubość jest 3 razy mniejsza niż odległość między płytami. Biorąc pod uwagę, że blacha jest umieszczona symetrycznie względem płyt kondensatora, należy określić różnicę potencjałów, która zostanie ustalona między nimi.
Decyzja. Kiedy metalowa płytka jest umieszczona w płaskim kondensatorze, jak pokazano na rysunku, wolne elektrony w metalu są redystrybuowane:
W wyniku redystrybucji ładunku płyta pozostaje neutralna:
Q = q 1 + q 2 = -q + q = 0.
Redystrybucja ładunku w metalowej płytce prowadzi do powstania baterii dwóch kondensatorów:
C 1 = ε 0 S d 1,
gdzie ε 0 jest stałą elektryczną, ε0 = 8,85 ⋅ 10 -12 Cl 2 / (H ⋅ m 2); S to pole powierzchni kondensatora; d 1 jest odległością między dodatnio naładowaną płytką kondensatora a ujemnie naładowaną płaszczyzną metalowej płyty;
C 2 = ε 0 S d 2,
gdzie d 2 jest odległością pomiędzy ujemnie naładowaną płytą kondensatora a dodatnio naładowaną płaszczyzną metalowej płyty.
Oba kondensatory mają taki sam ładunek i tworzą połączenie szeregowe. Pojemność elektryczna baterii dwóch kondensatorów połączonych szeregowo jest określona przez formułę
1 C ogółem = 1 C 1 + 1 C 2 lub C ogółem = C 1 C 2 C 1 + C 2.
Przy symetrycznym ułożeniu płytki w przestrzeni między płytami kondensatora (d 1 = d 2 = d), pojemności elektryczne kondensatorów są takie same:
C 1 = C 2 = ε 0 S d,
całkowita pojemność elektryczna akumulatora jest podana przez
C ogółem = C 1 C 2 C 1 + C 2 = C 2 = ε 0 S 2 d,
gdzie d = (d 0 - a) / 2; d 0 - odległość między płytkami kondensatora przed wprowadzeniem płytki; a to grubość metalowej płyty.
Potencjalna różnica między płytami baterii
U = Q całkowita C ogółem = 2 d q ε 0 S = q (d 0 - a) ε 0 S,
gdzie Q suma jest ładunkiem baterii połączonych szeregowo kondensatorów, Q suma = q.
Początkowa różnica potencjałów jest określona przez formułę
U 0 = Q 0 C 0 = Q 0 d 0 ε 0 S,
gdzie Q 0 jest ładunkiem kondensatora przed wprowadzeniem płytki, Q 0 = q (kondensator jest odłączony od źródła napięcia); C 0 jest pojemnością elektryczną kondensatora przed wprowadzeniem
Stosunek różnicy potencjału przed i po wprowadzeniu płytki metalowej jest określony przez wyrażenie
U U 0 = d 0 - a d 0.
Stąd możemy znaleźć pożądaną różnicę potencjałów.
U = U 0 d 0 - a d 0.
Biorąc pod uwagę d 0 = 3a, wyrażenie przyjmuje postać:
U = U 0 3 a - a 3 a = 2 3 U 0.
Oblicz:
U = 2 3 ⋅ 180 = 120 V.
W wyniku wprowadzenia metalowej płytki do kondensatora, różnica potencjałów między jego płytami spadła i wyniosła 120 V.
Przykład 20. Skraplacz z płaskim powietrzem naładowany do 240 V i odłączony od źródła napięcia. Jest on pionowo zanurzony w cieczy o stałej dielektrycznej 2,00 na jedną trzecią objętości. Znajdź różnicę potencjałów między płytami kondensatora.
Decyzja. Kiedy płaski kondensator powietrza jest częściowo zanurzony w ciekłym dielektryku, jak pokazano na rysunku, wolne elektrony na jego płytach są redystrybuowane w taki sposób, że:
W wyniku redystrybucji ładunku na obszarze płyt kondensatora na jego płytkach nalicza się opłatę:
Q ogółem = q 1 + q 2.
Obszar płyt kondensatora podczas jego częściowego zanurzenia w ciekłym dielektryku jest podzielony na dwie części:
C 1 = ε 0 ε S 1 d,
gdzie ε 0 jest stałą elektryczną, ε0 = 8,85 ⋅ 10 -12 Cl 2 / (H ⋅ m 2); ε jest stałą dielektryczną kondensatora; d jest odległością pomiędzy płytkami kondensatora;
C 2 = ε 0 S 2 d.
Oba kondensatory mają tę samą różnicę potencjałów między płytami i tworzą połączenie równoległe. Pojemność elektryczna baterii dwóch kondensatorów połączonych równolegle jest określona wzorem
C ogółem = C 1 + C 2 = ε 0 ε S 1 d + ε 0 S 2 d = ε 0 d (ε S 1 + S 2),
a ładowanie na pokrywach baterii jest
Q suma = C całkowita U = ε 0 d (ε S 1 + S 2) U,
gdzie U jest różnicą potencjałów między płytami akumulatora.
Pojemność kondensatora zanurzającego go w dielektryku określa się za pomocą wyrażenia
C 0 = ε 0 S 0 d,
a ładunek na jego talerzach jest
Q 0 = C 0 U 0 = ε 0 S 0 d U 0,
gdzie U 0 - różnica potencjałów między płytkami kondensatora przed wprowadzeniem płytki; S 0 - pole powierzchni.
Kondensator jest odłączony od źródła napięcia, więc jego ładunek po częściowym zanurzeniu w dielektryku nie ulega zmianie:
Q 0 = Q ogółem
lub, wprost,
ε 0 S 0 d U 0 = ε 0 d (ε S 1 + S 2) U.
Po uproszczeniu mamy:
S 0 U 0 = (εS 1 + S 2) U.
Wynika z tego, że pożądana różnica potencjałów jest określona przez wyrażenie
U = U 0 S 0 ε S 1 + S 2.
Biorąc pod uwagę fakt, że część płytek kondensatora jest zanurzona w dielektryku, tj.
S 1 = ηS 0, S 2 = S 0 - S 1 = S 0 - η S 0 = S 0 (1 - η), η = 1 3,
U = U 0 S 0 ε η S 0 + S 0 (1 - η) = U 0 ε η + 1 - η.
Stąd możemy znaleźć pożądaną różnicę potencjałów:
U = 240 2,00 ⋅ 1 3 + 1 - 1 3 = 180 V.
