Практична робота "Дослідження електростатичного кола при послідовному, паралельному і змішаному з’єднанні конденсаторів"

Галина ГМИРЯК,

викладач електротехнічних дисциплін

м. Кривий Ріг, Дніпропетровської області

Познанием вечного жаждой томись.

Лишь первых познаний блеснёт тебе свет,

Узнаешь: предела для знания нет.

Фирдоуси,

персидский и таджикский поэт

(940 – 1030 г.)

(Додаток 1, 2 слайд).

Гмиряк Г.Л. - Чи доводилося вам зіштовхуватися із професією майстра з ремонту телерадіоапаратури? Як ви думаєте, чим він займається?

- Виявляє причини несправності, здійснює заміну деталей, що вийшли з ладу.

Гмиряк Г.Л. - Можете назвати ці деталі?

- Діоди, тріоди, транзистори, конденсатори...

Гмиряк Г.Л. - Які знання з ТОЕ потрібні для роботи телемайстрові?

- Пристрій, призначення, принцип дії, правила включення приладів.

Гмиряк Г.Л. - З однією з радіодеталей ми вже з вами познайомилися раніше- це конденсатор. Скажіть мені що таке конденсатор?

- Це елемент електричного кола, який може накопичувати великий електричний заряд.

(Додаток 1, 3 слайд).

Гмиряк Г.Л. - Отже, тема уроку: Дослідження електростатичного кола при послідовному, паралельному і змішаному з’єднанні конденсаторів

Мета роботи – Оволодіти навичками складання схеми з’єднання конденсаторів, відпрацювати навички по визначенню загальної ємності, заряду конденсатора, напруги та енергії електричного поля кожного конденсатора в схемі.

Гмиряк Г.Л. - Давайте подивимось які бувають види конденсаторів і для яких цілей їх використоввують:

(Додаток 1, 4 слайд). Конденсатори постійної ємності.

(Додаток 1, 5 слайд). Радіоконденсатори МБГП

(Додаток 1, 6 слайд). Конденсатори поздовжньої компенсації масляні КПМ (вмикаються послідовно в лінію електропередачі, компенсують індуктивність лінії)

(Додаток 1, 7 слайд). Використовують в фотоспалахах, в клавіатурі комп'ютера.

Види конденсаторів змінної ємності.

Конструкція дозволяє плавно змінювати ємність в 50-60 разів;

(Додаток 1, 8 слайд). Силовий конденсатор змінної ємності

(Додаток 1, 9 слайд) Конденсатори зв'язку(служать для ємнісного зв'язку лінії електропередачі високої напруги (з'єднуються послідовно – стійкою)

(Додаток 1, 10 слайд) Ємнісні дільники напруги (Призначені для вимірювання і відбору енергії від лінії електропередачі

(Додаток 1, 11 слайд) Конденсатори для електротермічних установок. (Застосовуються для нагрівання металу.)

ІІІ. Актуалізація опорних знань і контроль вихідних знань з предметів «Основи інформатики та обчислювальної техніки» та «ТОЕ». (20 хв.)

Гмиряк Г.Л. - Давайте згадаємо деякі теоретичні відомості, які знадобляться нам для виконання практичної роботи

(Додаток 1, 12 слайд)

Конденсатори мають властивість накопичувати й утримувати на своїх обкладинках рівні по величині й різні за знаком електричні заряди; величина заряду Q на кожній з обкладинок пропорційна напрузі між обкладинками.

Ємністю конденсатора називається коефіцієнт пропорційності між зарядом Q і напругою U між обкладинками конденсатора:

(Додаток 1, 13 слайд)

ПАРАЛЕЛЬНЕ З’ЄДНАННЯ КОНДЕНСАТОРІВ - Використовують для отримання великої ємності

Напруги у цьому випадку, підведені до окремих конденсаторів, однакові:

U₁ = U₂ = U₃ = U.

Заряди на обкладинках окремих конденсаторів:

Q₁ = C₁U;

Q₂ = C₂U ;

Q₃ = C₃U .

(Додаток 1, 14 слайд)

Заряд, отриманий від джерела,

Загальна ємність рівнозначного (еквівалентного) конденсатора

Тобто при паралельному з’єднанні конденсаторів загальна ємність дорівнює сумі ємностей окремих конденсаторів

(Додаток 1, 15 слайд)

ПОСЛІДОВНЕ З’ЄДНАННЯ КОНДЕНСАТОРІВ- Використовують для отримання малої ємності

При послідовному з’єднанні конденсаторів на обкладинках окремих конденсаторів електричні заряди по величині рівні:

Напруги між обкладинками окремих конденсаторів при їхньому послідовному з’єднанні залежать від ємностей окремих конденсаторів:

Загальна напруга

U = U₁+U₂+U_3.

Загальна ємність рівнозначного (еквівалентного) конденсатора

або

Тобто при послідовному з’єднанні конденсаторів величина, зворотна загальної ємності, дорівнює сумі зворотних величин ємностей окремих конденсаторів.

(Додаток 1, 16 слайд)

ЕНЕРГІЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ

При заряді конденсатора від джерела живлення енергія цього джерела перетвориться в енергію електричного поля конденсатора:

або з урахуванням того, що Q = CU

Фізично накопичення енергії в електричному полі відбувається за рахунок поляризації молекул або атомів діелектрика.

При замиканні пластин конденсатора провідником відбувається розрядка конденсатора й у результаті, енергія електричного поля перетвориться в теплоту, виділювану при проходженні струму через провідник.

(Додаток 1, 17 слайд) ТЕСТ

Переходимо до тесту (програма MyTest) , за допомогою якого ми перевіримо якість вашої підготовки до практичної роботи і кожний з вас отримає відповідну оцінку.

Отже: НЕХАЙ КИПИТЬ РОБОТА,

СКЛАДНІ ЗМАГАННЯ,

УСПІХ ВИРІШУЄ НЕ СУДЬБА,

А ВАШІ ЗНАННЯ.

Гмиряк Г.Л. – Питання з предмету ТОЕ

Питання-1----

Три конденсатори підключені до джерела живлення, з'єднані послідовно. Як розподілиться напруга на конденсаторах?

1. U₁U₂U₃

2. U₁=U₂=U₃

3. U₃U₂U₁

4. Недостатньо даних для відповіді на питання.

Питання-2----

Як зміниться ємність і заряд на пластинах конденсатору, якщо напруга на його затисках збільшиться?

1. Ємність і заряд збільшаться

2. Ємність зменшиться, заряд збільшиться

3. Ємність залишиться незмінною,заряд збільшиться

4. Ємність залишиться незмінною,заряд зменшиться

Питання-3----

При незмінній напрузі збільшиться відстань між пластинами конденсатора. Як зміниться при цьому заряд конденсатора?

1. Зменшиться

2. Незміниться

3. Збільшиться

4. Спочатку збільшиться, а потім зменшиться

Питання-4----

Конденсатор утворений трьома пластинами, як вказано на рисунку. Площа кожної пластини S. Яку площу потрібно підставити в формулу для обчислення ємності?

1. 3S

2. S

3. 2S

4. 1,5S

Питання-5----

Як зміниться енергія послідовно увімкнених конденсаторів і їх заряд при замиканні ключа А?

1. Енергія збільшиться, заряд зменшиться

2. Енергія збільшиться, заряд не зміниться

3. Енергія збільшиться, заряд збільшиться

4. Енергія зменшиться, заряд не зміниться

ІV. Зміст основної частини практичного заняття. (35 хв.)

(Додаток 1, 18 слайд)

(Додаток 1, 19 слайд)

Гмиряк Г.Л. – Переходимо до виконання практичної роботи.

(Додаток 1, 20 слайд)

Гмиряк Г.Л. – Уважно подивіться на таблицю даних. В кожного з вас дані варіанту вже внесені в комп’ютері. Зверніть увагу - Якщо С = ∞, то коло замкнене. Якщо С= 0, то коло розімкнене.∞

Таблиця 5.1 – Вихідні дані до практичної роботи

№ варіанту								Примітка
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	4	12	0	2	4	1	3	Якщо С= ∞, то коло замкнене. Якщо С= 0, то коло розімкнене.∞
2	3	10	6	4	2	1,5	∞
3	5	8	3	0	4	2	1
4	2	13	3,5	5	0	4	2
5	1	9	2	1	6	0	4
6	6	∞	4	6	1	5	4
7	7	14	3	0	2	4	3
8	8	18	6	3	0	1	∞
9	1,2	∞	2	4	5	3	∞
10	2,5	∞	4	2	1	5	6

(Додаток 1, 21 слайд)

Гмиряк Г.Л. – У всіх вас є картки за допомогою яких ви повинні привести схему з’єднання конденсаторів по рисунку 5.1, з заданими параметрами, згідно свого варіанту, який вже закладено в комп'ютері. Параметри взяті з таблиці 5.1.

Рисунок 5.1 - Мішане з’єднання конденсаторів

(Додаток 1, 22 слайд)

Гмиряк Г.Л. – Схеми всі зібрали, молоці, а тепер переходимо до розрахунків. Порядок роботи:

Вам потрібно визначити:

• Еквівалентну ємність;

• Заряд кожного конденсатора;

• Падіння напруги на кожному конденсаторі;

• Ємність кожного конденсатора;

• І енергію кожного конденсатора в схемі;

• А також ємність і енергію всього кола, згідно свого варіанту.

V. Поточний контроль виконання роботи.

VІ. Контроль виконаної роботи. (2 хв.)

Гмиряк Г.Л. – Зробимо перевірку виконання практичної роботи.

VІІ. Узагальнення та систематизація вмінь і навичок. (12 хв.)

(Додаток 1, 23 слайд)

Гмиряк Г.Л. – Давайте згадаємо, які формули ми використали на практичній роботі

1. Секв для паралельного з’єднання

1. Секв для послідовного з’єднання

1. Заряд трьох послідовно з’єднаних конденсаторів

Q₁=Q₂=Q₃=Q

1. Заряд трьох паралельно з’єднаних конденсаторів

Q=Q₁+Q₂+Q₃

1. Падіння напруги на конденсаторі

U=Q/C

1. Енергія електричного поля конденсаторів

W=CU²/2

1. Ємність конденсатора

С=Q/U

Дайте відповідь на запитання:

(Додаток 1, 24 слайд)

1. В приведеній схемі С₁С₂. Якою з цих ємностей можна знехтувати при приблизному визначенні С_заг?

(Додаток 1, 25 слайд)

1. В приведеній схемі С₁С₂. Якою з цих ємностей можна знехтувати при приблизному визначенні С_заг?

(Додаток 1, 26 слайд)

1. Чи потрібно змінювати ємність конденсатора, щоб при незмінній напрузі між його пластинами заряд збільшився. якщо так, то як?

(Додаток 1, 27 слайд)

1. При послідовному з'єднанні двох конденсаторів, які підключені до джерела живлення, один опинився пробитий. Як зміниться запас міцності другого конденсатора?

VІІІ. Підведення підсумків заняття. (3 хв.)

ІX. Домашнє завдання. (1 хв.)

Гмиряк Г.Л. – Попов В.С. §7.8-7.10, 7.15

Написати звіт до практичної роботи згідно контрольних запитань, які вам роздані.

Дякуємо за увагу!