Электроёмкость. Конденсаторы. Применение кон-денсаторов.

Методическая разработка учебного занятия по учебной дисциплине ОУД.09 Физика по теме: Электроёмкость. Конденсаторы. Применение конденсаторов.

Разработала:

преподаватель физики

Лойторенко А.Г.

Этапы и время учебного занятия

Деятельность преподавателя

Деятельность обучающихся

1. Организационно-мотивационный

3 мин

Приветствие обучающихся

Проверка готовности обучающихся к уроку

Сообщение темы занятия.

Обоснование значения темы и сообщение цели урока.

Показывают наличие учебных принадлежностей

Обучающиеся слушают преподавателя, участвуют в обсуждении значения темы и целей урока.

1. Актуализация опорных знаний и способов действий

7 мин

Преподаватель организуют актуализацию материала в виде опроса по следующим вопросам:

• Что такое электрическое поле?

• Какое поле называется электростатическим?

• Что называется напряженностью электрического поля?

• Что принято за направления вектора напряженности?

• Что называется потенциалом электрического поля?

• Что называют разностью потенциалов между двумя точками поля?

• В каких единицах измеряют потенциал и разность потенциалов?

• Какая формула выражает связь напряженности и разности потенциалов в произвольном электрическом поле?

Обсуждают, осуществляют проверку

В течение 10 минут учащиеся отвечают на вопросы.

1. Формирование новых понятий и способов действий

30 мин

Объяснение нового материала

Преподаватель вводит понятия конденсатора, как системы двух проводников, разделённых слоем диэлектрика; электроемкости конденсатора. Записывает формулу для емкости плоского конденсатора, указывает от чего зависит электроемкость конденсатора.

Демонстрирует модели конденсаторов.

Просит учащихся, используя карточку с изображенным на ней конденсатором определить тип конденсатора, его емкость, напряжение, на которое рассчитан конденсатор.

Используя плакат, рассказывает о последовательном и параллельном соединениях конденсаторов в батарею. Записывает формулы на доске.

Задает обучающимся вопрос, как следует соединить конденсаторы, чтобы получить наибольшее значение емкости батарее?

Записывает формулу для расчета энергии заряженного конденсатора.

Просит обучающихся, используя раздаточный материал, рассчитать энергию заряженного конденсатора.

Назначение и применение конденсаторов. Изучение нового материала на основе предложенных текстов. Чтение текстов, выделение ключевых слов, составление планов рассказа. Обсуждение изученного материала.

Каждому учащемуся выдается небольшой текст. Тексты распечатаны на листах разного цвета. Их три. Учащиеся пересаживаются в новые группы по цветам бумаги с текстами, читают тексты, выделяют ключевые слова, выясняют непонятное, составляют план рассказа, чтобы в дальнейшем донести его суть до остальных участников.

Текст №1. История создания конденсатора.

Когда и кем был создан конденсатор? Рассмотрим историю этого электронного устройства.

Впервые конденсатор был создан случайно, как впрочем, и множество других изобретений в области науки и техники. По своим физическим характеристикам он имел много общего с современными конденсаторами, но совсем не был похож на них. Даже название у него было совершенно иное. Некий голландский ученый Питер ван Мушенбрук, проводя в 1745 году свои опыты с электрической машиной, случайно опустил один из ее электродов в банку с водой. А затем также случайно прикоснулся к электроду, когда машина не работала, и ощутил достаточно мощный электрический заряд.

По другой версии (как известно правдоподобность исторических фактов очень частот достаточно сложно доказать) Мушенбрук специально пытался «зарядить» воду в банке. В то время ученые и исследователи еще считали, что электричество – это некая жидкость, которая находится в любом заряженном теле или предмете. Так вот, ученый специально опустил электрод электрической машины в воду, а затем, взяв одной рукой банку, а другой случайно прикоснувшись к электроду, он опять-таки ощутил мощнейший удар током. А поскольку опыт проводился в городе Лейдене, то эту банку – прототип конденсатора, стали называть Лейденской банкой.

Есть и еще одна версия происшедшего события. Примерно в то же время – в 1745 году настоятель собора в Померании – немецкий священнослужитель Эвальд Юген фон Клейст пытался провести научный опыт с целью «зарядить» святую воду электричеством и сделать ее тем самым еще более полезной. Он также использовал электрическую машину, которая в то время была достаточно популярна. Правда, он не опускал в банку сам электрод, а использовал в качестве проводника металлический гвоздь. Случайно дотронувшись потом до гвоздя он также ощутил всю силу электричества.

В таком виде конденсатор просуществовал 200 лет. Ученые и исследователи его немного доработали – банку изнутри и снаружи покрыли металлом, а воду убрали, и использовали его для различных опытов в области изучения электричества.

Кстати слово «емкость», которое сейчас используется для обозначения номинала современных конденсаторов – это дань прошлому. Ведь изначально этот элемент был стеклянным сосудом (банкой), который имел некий объем или емкость. Кстати, Лейденские банки были разных объемов и чем больше, тем больше по площади электроды покрывали их изнутри и снаружи, как известно, даже из школьного курса физики – чем больше по площади электроды конденсатора, тем больше его емкость.

Текст№2. Применение конденсаторов.

В современной технике конденсаторы находят себе исключительно широкое и разностороннее применение, прежде всего в областях электроники. Здесь можно отметить их применение для следующих основных целей:

1.В радиотехнической и телевизионной аппаратуре – для создания колебательных контуров, их настройки, блокировки, разделения цепей с различной частотой, в фильтрах выпрямителей и т.д.

2.В радиолокационной технике – для получения импульсов большей мощности, формирования импульсов и т.д.

3. В телефонии и телеграфии – для разделения цепей переменного и постоянного токов, разделения токов различной частоты, искрогашения в контактах, симметрирования кабельных линий и т.д.

4. В автоматике и телемеханике – для создания датчиков на емкостном принципе, разделения цепей постоянного и пульсирующего токов, искрогашения в контактах, в схемах тиратронных генераторов импульсов и т.д.

5. В технике счетно-решающих устройств – в специальных запоминающих устройствах и т.д.

6. В электроизмерительной технике – для создания образцов емкости, получения переменной емкости (магазины емкости и лабораторные переменные конденсаторы), создания измерительных приборов на емкостном принципе и т. д.

7. В лазерной технике – для получения мощных импульсов.

Кроме электроники и электроэнергетики, конденсаторы применяют и в других неэлектротехнических областях техники и промышленности для следующих основных целей:

В металлопромышленности - в высокочастотных установках для плавки и термической обработки металлов, в электроэрозионных (электроискровых) установках, для магнитоимпульсной обработки металлов и т.д.

В добывающей промышленности (угольной, металлорудной и т.п.) – в рудничном транспорте на конденсаторных электровозах нормальной и повышенной частоты (бесконтактных), в электровзрывных устройствах с использованием электрогидравлического эффекта и т.д.

В автотракторной технике – в схемах зажигания для искрогашения в контактах и для подавления радиопомех.

В медицинской технике – в рентгеновской аппаратуре, в устройствах электротерапии и т.д.

В технике использования атомной энергии для мирных целей – для изготовления дозиметров, для кратковременного получения больших токов и т.д.

В фотографической технике – для аэрофотосъемки, получения вспышки света при обычном фотографировании и т.д.

Текст№3. Виды конденсаторов.

''Конденсатор'' происходит от латинского слова condensare, что означает ''сгущение''. В учении об электрических явлениях этим словом обозначают устройства, позволяющие сгущать электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле. Без конденсатора невозможна работа ни одной электрической цепи. Даже цифровая электроника не может обойтись без них.

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме) .

Конденсаторы с газообразным диэлектриком.

Конденсаторы с жидким диэлектриком.

Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные) , слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.

Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых) , нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы) .

Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы) . Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.

Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

Обучающиеся слушают, конспектируют.

Используя раздаточный материал, обучающиеся выполняют задание записывают в тетрадь.

Обучающиеся слушают, конспектируют.

Обучающиеся выполняют задание и делают выводы

Рассчитывают, записывают в тетрадь.

Слушают, конспектируют

1. Применение знаний, формирование умений

25 мин

Преподаватель раздает карточки с индивидуальными зданиями (приложение 1) .

Организация индивидуальной практической деятельности обучающихся по применению и закреплению первичных умений и навыков (раздаточный материал). Преподаватель консультирует, направляет деятельность обучающихся.

Самостоятельная работа обучающихся. Учащиеся выполняют упражнения по алгоритму.

1. Обобщение и проверка качества усвоения знаний, умений, навыков.

13 мин

Преподаватель организует обобщение материала в виде теста. (приложение 2)

Обсуждение теста, проверка.

Учащиеся выполняют тест.

Выполняют взаимопроверку.

1. Задание на дом 2 мин

Выучить конспект

Записывают домашнее задание.

Ответить на вопросы:

Выбрать правильный ответ

Как называется физическая величина, равная отношению заряда на одной из обкладок конденсатора к напряжению между обкладками?

1. Потенциал электрического поля.

2. Напряженность электрического поля.

3. Электрическое напряжение.

4. Электроемкость.

Емкость конденсатора зависит

1) от свойств диэлектрика, площади пластин, расстояния между ними.

2) только от свойств диэлектрика

3) от сопротивления проводника

Единица измерения емкости в СИ

1) 1 микрофарад

2) 1 пикофарад или 1 микрофарад

3) 1 фарад

При последовательном соединении конденсаторов емкость батареи …

1) увеличивается

2) уменьшается

3) остается неизменной

При параллельном соединении конденсаторов емкость батареи …

1) увеличивается

2) уменьшается

3) остается неизменной

Конденсаторы применяют для …

1) накопления электрического заряда и быстрого увеличения напряжения

2) как источник напряжения для лампочек накаливания

3) вместо аккумуляторов