Тема 26. Електроємність. Конденсатор. Види конденсаторів та використання їх у техніці. Енергія електричного поля.

Мета: ознайомити студентів з поняттям електричної ємності провідника.

Актуальність: формування у студентів логічне мислення, вміння пояснювати фізичні явища, пізнавальна зацікавленість до предмета.

Міжпредметна інтеграція: математика.

План

1. Поняття електроємності.

2. Конденсатори.

3. Енергія електричного поля

Знати: визначення електроємності, одиниці вимірювання електроємності, види конденсаторів,

Вміти: знаходити ємність конденсаторів при послідовному і паралельному з’єднанні, енергію конденсатора.

Ключові поняття: електроємность, конденсатори, енергія електричного поля.

1. Поняття електроємності

Виконані досліди показують, що в кожного провідника потенціал змінюється пропорційно заряду, а відношення заряду до потенціалу для даного провідника - величина постійна, яка залежить від його розмірів і форм і називається електроємністю провідника:

Отже, відношення заряду q відокремленого провідника до його потенціалу φ називають електроємністю.

Одиницею електроємності в СІ є На честь англійського фізика М. Фарадея ця одиниця названа фарадом.

1 фарад - ємність провідника, у якого зміна заряду на 1 Кл спричиняє зміну потенціалу на 1 В.

Для практичних цілей використовують малі частинки фарада:

1 мкФ = 10^-6 Ф; 1 пФ = 10^-12 Ф.

2. Конденсатори

Величина електроємності залежить від форми й розмірів провідників і від властивостей діелектрика, що розділяє провідники. Існують такі конфігурації провідників, за яких електричне поле виявляється зосередженим (локалізованим) лише в деякій області простору. Такі системи називаються конденсаторами, а провідники, що входить до складу конденсатора, називаються обкладками.

Конденсатор - це два провідники, що мають рівні й протилежні за знаком заряди, причому конфігурація провідників така, що створюване ними поле зосереджено в основному :між провідниками.

Чим більша ємність, тим більший заря:д :можна помістити на обкладки конденсатора за тієї ж різниці потенціалів :між ними. Виходить, епектроємність характеризує здатність двох провідників накопичувати електричний заряд. Найпростіший конденсатор - система із двох плоских провідних пластин, розташованих паралельно один до одного на малій порівняно з розмірами пластин відстані й розділених шаром діелектрика. Такий конденсатор називається: плоским.

Електроємність плоского конденсатора визначають виразом:

де S - площа кожної пластини, а d - відстань між пластинами.

Величину ε₀ називають електричною сталою: .

Формула для ємності відокремленого сферичного провідника:

Щоб одержати потрібну електроємність за заданої робочої напруги, конденсатори з’єднують у батареї. Для більшої електроємності конденсатори з’єднують паралельно.

У випадку паралельно з’єднаних конденсаторів загальна ємність дорівнює:

При послідовно з’єднаних конденсаторах:

3. Енергія електричного поля

Якщо на обкладках конденсатора електроємністю С розміщено електричні заряди +q й -q, то напруга між обкладками конденсатора дорівнює: U=q/С. Під час розрzджанна конденсатора напруга між його обкладками убуває прямо пропорційно заряду q від первинного значення U до 0.

Потенціальна енергія: W_P конденсатора електроємністю С , зарядженого до напруги U, дорівнює:

Енергія конденсатора обумовлена тим, що електричне поле між його обкладками має енергію. Напруженість Е поля пропорційна до напруги U, тому енергія електричного поля пропорційна до квадрата його напруженості.

Література

1. Фізика. 10 кл.: підруч. для загальноосвіт. навч. закладів : рівень стандарту / Л. Е. Генденштейн, І. Ю. Ненашев.– Х. : Гімназія, 2010.

2. Фізика. Підруч. для 10 кл. серед. загальноосвіт. шк../ С. У. Гончаренко – К.: Освіта, 2002.

3. А. П. Римкевич. Збірник задач з фізики. – К.: «Радянська школа», 1982.

4. Кирик Л. А. Усі уроки фізики. 11 клас. Рівень стандарту. - Х.: Вид. група Основа, 2011.

Питання для самоаналізу

1. Від чого залежить електроємність?

2. Чи залежить електроємність відокремленого провідника від його розмірів й форми?

3. Чи залежить електроємність відокремленого провідника від наявності поблизу нього інших провідників?

4. Що відбудеться з різницею потенціалів на пластинах зарядженого конденсатора, якщо зменшити відстань між ними?

5. Що відбудеться з різницею потенціалів на пластинах зарядже­ ного конденсатора, якщо площу пластин збільшити?