Die Energie eines geladenen Kondensators Anwendung der Präsentation von Kondensatoren. Offene Lektion "Kondensatoren"

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Unterrichtsziele:

• Lernen Sie, die Energie eines geladenen Kondensators zu bestimmen.
• Entwickeln Sie die Fähigkeit, physikalische Gesetze bei der Lösung von Problemen anzuwenden.
• Informieren Sie sich über die praktische Bedeutung des Kondensators.

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Kondensatoren.

Ein Kondensator besteht aus zwei Leitern, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind, deren Dicke im Vergleich zu den Abmessungen der Leiter gering ist.

Die Kapazität eines flachen Kondensators wird durch die Formel bestimmt:

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Die Energie eines geladenen Kondensators.

E - q + q

Die Energie eines Kondensators für die potentielle Energie einer Ladung in einem homogenen Feld ist:

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Anwendung von Kondensatoren

Arten von Kondensatoren:

Luft,

Papier,

Glimmer,

Elektrostatisch.

Zweck:

• Akkumulieren Sie kurzzeitig Ladung oder Energie, um das Potential schnell zu ändern.
• Keinen Gleichstrom durchlassen.
• In der Funktechnik - ein Schwingkreis, ein Gleichrichter.
• Anwendung in der Fotografie.

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Konsolidierung.

Theoretisches Material zu den Fragen:

• Wozu dienen Kondensatoren?
• Wie ist ein Kondensator aufgebaut?
• Warum ist der Raum zwischen den Platten eines Kondensators mit Dielektrika gefüllt?
• Welche Energie hat ein geladener Kondensator?

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Probleme lösen:

1. Wie groß ist die Kapazität des Kondensators? Wenn er eine Gebühr von 6 erhielt. 10-5 C, von einer Quelle von 120 V.

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Die Präsentation zum Thema „Elektrische Kapazität und Kondensatoren“ können Sie absolut kostenlos auf unserer Website herunterladen. Projektthema: Physik. Farbenfrohe Folien und Illustrationen helfen Ihnen, das Interesse Ihrer Klassenkameraden oder Ihres Publikums zu wecken. Um den Inhalt anzuzeigen, verwenden Sie den Player, oder wenn Sie den Bericht herunterladen möchten, klicken Sie auf den entsprechenden Text unter dem Player. Die Präsentation enthält 13 Folie(n).

Präsentationsfolien

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Abschnitte - Elektrizität

Kondensatoren und ihre Typen

Elektrische Kapazität eines flachen Kondensators

Energie eines geladenen Kondensators

Elektrische Feldenergie

Anwendung von Kondensatoren

Einheiten der elektrischen Kapazität

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Elektrische Kapazität

Bei jeder Methode zum Aufladen von Körpern - durch Reibung, eine elektrostatische Maschine, eine galvanische Zelle usw. - Zunächst werden neutrale Körper aufgeladen, da einige der geladenen Teilchen von einem Element zum anderen gelangen. Normalerweise sind diese Teilchen Elektronen. Wenn zwei Leiter aufgeladen werden, beispielsweise von einer elektrostatischen Maschine, erhält einer von ihnen eine Ladung +|q| und der andere –|q|. Zwischen den Leitern entsteht ein elektrisches Feld und es entsteht eine Potentialdifferenz (Spannung). Mit zunehmender Spannung nimmt das elektrische Feld zwischen den Leitern zu. In einem starken elektrischen Feld (bei hoher Spannung) wird ein Dielektrikum (z. B. Luft) leitfähig. Es kommt zum sogenannten dielektrischen Durchschlag: Zwischen den Leitern springt ein Funke über und sie werden entladen. Je weniger die Spannung zwischen den Leitern mit zunehmender Ladung ansteigt, desto mehr Ladung kann auf ihnen gespeichert werden. Die elektrische Kapazität ist eine physikalische Größe, die die Fähigkeit zweier Leiter charakterisiert, eine elektrische Ladung anzusammeln. Die Spannung U zwischen zwei Leitern ist proportional zu den elektrischen Ladungen, die sich auf den Leitern befinden (auf dem einen +|q| und auf dem anderen -|q|).

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In der Tat, wenn die Ladungen verdoppelt werden, wird die elektrische Feldstärke 2-mal größer, daher wird die Arbeit, die das Feld beim Bewegen der Ladung verrichtet, auch 2-mal zunehmen, d.h. Spannung verdoppelt sich. Daher hängt das Verhältnis der Ladung q eines der Leiter zur Potentialdifferenz zwischen diesem Leiter und dem benachbarten nicht von der Ladung ab. Sie wird durch die geometrischen Abmessungen der Leiter, ihre Form und Anordnung zueinander sowie die elektrischen Eigenschaften bestimmt Umfeld. Die elektrische Kapazität zweier Leiter ist das Verhältnis der Ladung eines der Leiter zur Potentialdifferenz zwischen diesem Leiter und dem benachbarten:

Je niedriger die Spannung U, wenn die Leiter aufgeladen sind +|q| und -|q|, desto größer ist die elektrische Kapazität der Leiter. Auf Leitern können große Ladungen gespeichert werden, ohne dass es zu einem Durchbruch des Dielektrikums kommt. Die Kapazität selbst hängt jedoch weder von den auf die Leiter übertragenen Ladungen noch von der resultierenden Spannung ab.

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Einheiten der elektrischen Kapazität

Die elektrische Kapazität zweier Leiter ist gleich eins, wenn bei der Übertragung der Ladungen +1 C und -1 C zwischen ihnen eine Potentialdifferenz von 1 V entsteht, diese Einheit heißt Farad (F); 1F=1 C/V. Da die Ladung von 1 C sehr groß ist, ist die Kapazität von 1F sehr groß. In der Praxis werden daher häufig Bruchteile dieser Einheit verwendet: Mikrofarad (μF) -10 (-6) F und Picofarad (pF) - 10 (-12) F.

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Kondensatoren und ihre Typen

Kondensatoren sind Geräte, die aus zwei voneinander isolierten Leitern bestehen, die sich in geringem Abstand voneinander befinden. Die Leiter werden in diesem Fall als Kondensatorplatten bezeichnet. Unabhängig von der Form der Leiter werden sie als Kondensatorplatten bezeichnet.

Der einfachste Kondensator besteht aus zwei planparallelen Platten, die in geringem Abstand zueinander angeordnet sind. Sind die Ladungen der Platten betragsmäßig gleich und haben entgegengesetztes Vorzeichen, dann beginnen die elektrischen Feldlinien auf einer positiv geladenen Platte

Kondensator und Terminierung auf negativ geladen. Daher konzentriert sich fast das gesamte elektrische Feld innerhalb des Kondensators. Um einen Kondensator aufzuladen, müssen Sie seine Platten an den Polen einer Spannungsquelle befestigen, beispielsweise an den Polen einer Batterie. Unter der Ladung des Kondensators versteht man den absoluten Wert der Ladung einer der Platten.

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Kondensatoren haben je nach Zweck unterschiedliche Geräte. Ein herkömmlicher technischer Papierkondensator besteht aus zwei Streifen Aluminiumfolie, die voneinander und vom Metallgehäuse durch paraffingetränkte Papierstreifen isoliert sind. Die Streifen und Bänder werden eng zu einem kleinen Paket gefaltet. In der Funktechnik sind Kondensatoren mit variabler elektrischer Kapazität weit verbreitet. Ein solcher Kondensator besteht aus zwei Systemen von Metallplatten,

die, wenn der Griff gedreht wird, ineinander übergehen können. In diesem Fall ändern sich die Bereiche überlappender Teile der Platten und folglich ihre elektrische Kapazität. Das Dielektrikum in diesen Kondensatoren ist Luft. Bei Elektrolytkondensatoren wird eine Erhöhung der elektrischen Kapazität durch Verringerung des Plattenabstandes erreicht. Das Dielektrikum in ihnen ist ein dünner Film aus Oxiden,

Abdecken einer der Platten (Folienstreifen). Die zweite Auskleidung ist mit einer Elektrolytlösung imprägniertes Papier.

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Elektrische Kapazität eines flachen Kondensators

Das von einer unendlich geladenen leitenden Platte mit einer Ladungsdichte s erzeugte Feld ist gleich E \u003d s / (2 e 0).

Wenn wir also Kanteneffekte vernachlässigen, ist das Feld zwischen den Platten eines flachen Kondensators gleichmäßig. Die Genauigkeit dieser Aussage ist umso höher, je größer die Größe der Platten im Vergleich zum Abstand zwischen ihnen ist. Mit der Formel U = Ed erhalten wir:

Seit | s | \u003d q / S, wobei S die Fläche der Platte ist, dann ist die Feldstärke zwischen den Platten:

Wenn wir zwei leitende Platten näher zusammenbringen, deren Abmessungen viel größer sind als der Abstand zwischen ihnen, und sie an eine Spannungsquelle anschließen, können wir davon ausgehen, dass das von jeder der Platten erzeugte Feld ungefähr mit dem Feld übereinstimmt einer unendlichen Platte. Dann ist das Feld innerhalb des resultierenden flachen Kondensators (zwischen den Platten) gleich der Summe der Felder, die von jeder Platte erzeugt werden:

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Reihenschaltung von Kondensatoren:

Parallelschaltung von Kondensatoren:

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Energie eines geladenen Kondensators

Um einen Kondensator aufzuladen, muss Arbeit geleistet werden, um die positiven und negativen Ladungen zu trennen. Nach dem Energieerhaltungssatz ist diese Arbeit gleich der Energie des Kondensators. Die Tatsache, dass ein geladener Kondensator Energie enthält, kann überprüft werden, indem er durch einen Stromkreis entladen wird, der eine Glühlampe enthält, die für eine Spannung von mehreren Volt ausgelegt ist. Wenn der Kondensator entladen ist, die Lampe

blitzt. Die Energie des Kondensators wird in andere Formen umgewandelt: Wärme, Licht. Die durch die Ladung einer der Platten erzeugte Feldstärke ist gleich E / 2, wobei E die Feldstärke im Kondensator ist. In einem gleichmäßigen Feld einer Platte ist eine Ladung q über die Oberfläche der anderen Platte verteilt. Da Ed \u003d U, wobei U die Potentialdifferenz zwischen den Kondensatorplatten ist, beträgt ihre Energie:

Diese Energie ist gleich der Arbeit, die das elektrische Feld verrichtet, wenn sich die Platten nähern.

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Elektrische Feldenergie

Nach der Theorie der Kurzstreckenwirkung konzentriert sich die gesamte Wechselwirkungsenergie geladener Körper im elektrischen Feld dieser Körper. Das bedeutet, dass die Energie durch die Haupteigenschaft des Feldes – die Intensität – ausgedrückt werden kann. Da die Stärke des elektrischen Felds direkt proportional zur Potentialdifferenz ist (U \u003d Ed), ist die Energie des Kondensators gemäß der Formel direkt proportional zur Stärke des darin enthaltenen elektrischen Felds.

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Anwendung von Kondensatoren

Die Energie des Kondensators ist normalerweise nicht sehr hoch - nicht mehr als Hunderte von Joule. Außerdem wird es aufgrund des unvermeidlichen Ladungsverlusts nicht gespeichert. Daher können geladene Kondensatoren beispielsweise Batterien als elektrische Energiequelle nicht ersetzen. Kondensatoren können Energie für mehr oder weniger lange Zeit speichern, und wenn sie über einen Stromkreis mit niedrigem Widerstand aufgeladen werden, geben sie Energie fast sofort ab. Diese Eigenschaft wird in der Praxis häufig genutzt. Die in der Fotografie verwendete Blitzlampe wird durch einen elektrischen Strom aus der Entladung eines Kondensators gespeist, der von einer speziellen Batterie vorgeladen wird. Die Anregung von Quantenlichtquellen - Lasern - erfolgt mit einer Gasentladungsröhre, deren Blitz auftritt, wenn eine Batterie von Kondensatoren mit großer elektrischer Kapazität entladen wird. Kondensatoren werden jedoch hauptsächlich in der Funktechnik verwendet ...

Tipps für eine gute Präsentation oder einen guten Projektbericht

1. Versuchen Sie, das Publikum in die Geschichte einzubeziehen, stellen Sie eine Interaktion mit dem Publikum her, indem Sie Leitfragen und den Spielteil verwenden, haben Sie keine Angst vor Witzen und lächeln Sie (wo angemessen) aufrichtig.
2. Versuchen Sie, die Folie mit Ihren eigenen Worten zu erklären, fügen Sie weitere hinzu interessante Fakten müssen Sie nicht nur die Informationen aus den Folien lesen, das Publikum kann sie selbst lesen.
3. Sie müssen Ihre Projektfolien nicht mit Textblöcken überladen, mehr Illustrationen und ein Minimum an Text vermitteln Informationen besser und erregen Aufmerksamkeit. Nur die wichtigsten Informationen sollten auf der Folie stehen, den Rest sollte man dem Publikum besser mündlich mitteilen.
4. Der Text muss gut lesbar sein, sonst kann das Publikum die bereitgestellten Informationen nicht sehen, wird stark von der Geschichte abgelenkt, versucht, zumindest etwas zu verstehen, oder verliert vollständig das Interesse. Dazu müssen Sie die richtige Schriftart auswählen, wobei zu berücksichtigen ist, wo und wie die Präsentation ausgestrahlt wird, und auch die richtige Kombination aus Hintergrund und Text auswählen.
5. Es ist wichtig, Ihren Bericht zu proben, darüber nachzudenken, wie Sie das Publikum begrüßen, was Sie zuerst sagen werden, wie Sie die Präsentation beenden werden. Alles kommt mit Erfahrung.
6. Wählen Sie das richtige Outfit, denn. Auch die Kleidung des Sprechers spielt eine große Rolle bei der Wahrnehmung seiner Rede.
7. Versuchen Sie selbstbewusst, flüssig und zusammenhängend zu sprechen.
8. Versuchen Sie, die Aufführung zu genießen, damit Sie entspannter und weniger ängstlich sind.

Heute haben wir eine ungewöhnliche Lektion. Wir haben Gäste. Sagen wir ihnen Hallo. Bitte hinsetzen.

Jeder von euch hat eine Unterrichtskarte auf seinem Schreibtisch. Unterschreiben Sie mit Ihrem Namen darauf. Nach Abschluss jeder Aufgabe tragen Sie die Anzahl der Punkte für die Erfüllung der Aufgabe darin ein. Am Ende der Lektion errechnen wir die Gesamtpunktzahl und vergeben die entsprechende Note.

Überprüfung des studierten Materials.

Physisches Diktat.

(nach Abschluss - gegenseitige Überprüfung).

1 Möglichkeit.

ein). Ein Leiter ist eine Substanz, in der ... (freie Ladungen können sich durch das Volumen bewegen).

2). Zu den Halbleitern gehören ... (Mineralien, Oxide, Sulfide, Germanium, Silizium, Selen, Fett, Sole, Blut, Kohlenstoff).

3). Die elektrische Kapazität eines Einzelleiters wird nach der Formel berechnet .... (C \u003d Q / φ).

4) ε 0 ist ... (elektrische Konstante und ist gleich 8,85 * 10 -12 C 2 / N * m 2).

5) Die elektrische Kapazität wird in ... (Farad) gemessen.

6) Die elektrische Kapazität der Kugel hängt ... (vom Radius) ab.

7) Welche drei Gruppen teilen alle Substanzen ... (Leiter, Halbleiter, Dielektrikum).

Option 2.

1) Ein Halbleiter ist ein Stoff, in dem ... (Menge kostenlose Gebühren hängt von äußeren Bedingungen ab).

2) Zu den Leitern gehören ... (Metalle. Lösungen von Salzen, Laugen, Säuren, feuchte Luft, Plasma, menschlicher Körper).

3) Die elektrische Kapazität einer einzelnen Kugel berechnet sich nach der Formel ... (C = 4π ε 0 ε R).

4) ε ist ... (Dielektrizitätskonstante des Mediums)

5) Die Ladung wird in ... (Coulomb) gemessen.

6) Die elektrische Kapazität der Kugel hängt nicht ab von ... (der Ladung auf ihrer Oberfläche).

7) Dielektrika umfassen ... (Gase, destilliertes Wasser, Benzol, Öle, Glas, Porzellan, Glimmer, Holz und andere).

Neues Material lernen.

(Während der Begutachtung wird ein unterstützendes Abstract ausgefüllt).

Ein als Kondensator bezeichnetes Gerät wird verwendet, um elektrische Ladungen zu speichern.

Was ist ein Kondensator? Woraus besteht es?

Grundlegende Gliederung.

Ein Kondensator ist ... (ein System aus zwei Leitern, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind, deren Dicke im Vergleich zu den Abmessungen des Leiters gering ist).

Leiter sind ... (Kondensatorplatten).

Kann eine große Ladung ansammeln.

Symbol:

Elektrisches Feld in einem Kondensator.

Um aufzuladen .... (seine Platten an den Polen der Stromquelle befestigen).

Arten von Kondensatoren: Luft, Glimmer, Keramik, Papier, Elektrolyt, ...

(Tabellendarstellung: Kondensatortypen).

Meldung: erster Kondensator.

Das Hauptmerkmal ist die elektrische Kapazität.

Die elektrische Kapazität ist .. (eine physikalische Größe, die die Fähigkeit zweier Leiter charakterisiert, eine elektrische Ladung anzusammeln).

Animation am Computer anzeigen: "Die Kapazität des Kondensators und seine Verwendung."

C = q/φ; C = εε 0 S / d.

Maßeinheit: Farad (F).

Anwendung:

Funktechnik;

Kamerablitz;

Computer Tastatur;

Kondensatorenergie.

(Animation: „Aufbau und Energie eines Kondensators“).

Verbindungsarten im Diagramm:

C \u003d C 1 + C 2 + ... ... ..

1 / C \u003d 1 / C 1 + 1 / C 2 + ....

Nachteile:

Energie hält nicht lange an.

Entlädt sich schnell.

Ständiges Aufladen ist erforderlich.

1. Probleme lösen.

Der Kondensator hat eine elektrische Kapazität C = 5pF. Welche Ladung war auf jeder ihrer Platten, wenn die Potentialdifferenz zwischen ihnen U = 100 V beträgt.

Die Ladung q \u003d 6 * 10 -4 C auf den Platten eines flachen Kondensators erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen den Platten von 200 V. Bestimmen Sie die Kapazität des Kondensators (Kasyanov: Physik -10, S. 403, Aufgabe Nr. 1).

Berechnen Sie die Energie des elektrostatischen Feldes eines 0,1-μF-Kondensators, der auf eine Potentialdifferenz von 200 V aufgeladen ist. (Kasyanov: Physik - 10, S. 406, Aufgabe Nr. 1).

Finden Sie die elektrische Kapazität eines flachen Kondensators, wenn die Fläche jeder seiner Platten 1 m 2 beträgt und der Abstand zwischen den Platten 1,5 mm beträgt. Das Dielektrikum ist Glimmer (ε = 6).

Selbstständige Arbeit.

(Nach Abschluss überprüfen sie sich gegenseitig)

1 Möglichkeit.

1. Wie groß ist die Kapazität eines Kondensators, wenn er bei einer Spannung von 1,4 kV eine Ladung von 28 nC erhält?

2. Berechnen Sie die Energie des Kondensators des Anlassers im Moment seiner vollständigen Entladung, wenn bekannt ist, dass die Spannung an den Platten 300 V und die Kapazität des Kondensators 0,25 μF beträgt.

Option 2.

1. Ermitteln Sie die Kapazität eines Luftkondensators, der auf eine Potentialdifferenz von 200 V aufgeladen ist. Die Fläche jeder Platte beträgt 0,25 m 2, der Abstand zwischen ihnen beträgt 1 mm. (ε = 1).

2. Der Kondensator sagt 4 uF, 100 V. Was ist die maximale Energie, die er haben kann?

Zusammenfassung der Lektion. Benotung.

Was hast du gelernt? Was hast du gelernt?

Wiederholen Sie die grundlegenden Konzepte (Kondensator, Platten, Kapazität, Energie, Anwendung).

Hausaufgaben.

Lernen Sie die Grundlinie.

Ein Problem lösen.

Aufgabe: Die Fläche jeder Platte eines Flachkondensators beträgt 200 cm 2 , und der Abstand zwischen ihnen ist 1 cm Wie groß ist die Feldenergie, wenn die Feldstärke 500 kV/m beträgt?