Разработка урока на тему: «КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА».

Дата:11 «А» _____18г

Тема урока: «КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА».

Цель урока раскрыть физическую сущность процессов, происходящих при протекании переменного тока через конденсатор.

Образовательная: Сформировать знания учащихся о емкостном сопротивлении в цепи переменного тока

Воспитательная: воспитывать трудолюбие, точность и четкость при ответе

Развивающая: Развивать элементы творческой деятельности учащихся на уроке.

Требования государственного стандарта

Знания: Знать основные свойства эл.цепей переменного тока на примере

Умения: Уметь измерять электрические величины.

Навыки отрабатывать навыки учебного труда по ведению конспекта материала.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Оборудование: учебник 11 класс, ПК, мультимедийный проектор, презентация

Ход урока.

I.Организационный момент.

Приветственное слово учителя. Отмечание отсутствующих

II.Повторение изученного материала

• Что такое переменный ток?

Вынужденные электромагнитные колебания, т.е. колебания, происходящие под действием внешней периодической ЭДС.

• Какие элементы может содержать цепь переменного тока?

Резистор, конденсатор, катушку индуктивности.

• Какой вид сопротивлений переменного тока мы уже изучили?

Активное.

• Какое сопротивление называется активным?

Сопротивление элемента в электрической цепи, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется во внутреннюю.

• Как выглядит закон Ома для участка цепи с активным сопротивлением?

I = U/R.

• Выйти к доске, нарисовать графики i и u, записать значение средней мощности за период для проводника с активным сопротивлением.

• Что можно сказать о сдвиге фаз между колебаниями силы тока и напряжения в проводнике с активным сопротивлением?

Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения равен нулю, т.е. колебания силы тока и напряжения в проводнике с активным сопротивлением совпадают по фазе.

• Вспомним понятие «действующее значение силы тока и напряжения»

Величина равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока называется действующем значением силы переменного тока

Величина равная квадратному корню из среднего значения квадрата напряжения называется действующем значением напряжения

III.Изучение нового материала

Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим такой интересный вопрос, как конденсатор в цепи переменного тока. Эта тема весьма важна в электричестве, поскольку на практике конденсаторы повсеместно присутствуют в цепях с переменным током и, в связи с этим, весьма полезно иметь четкое представление, по каким законам изменяются в этом случае сигналы. Эти законы мы сегодня и рассмотрим, а в конце решим одну практическую задачу определения тока через конденсатор.

- Сначала вспомним, что такое конденсатор?
Система из двух проводников, разделенных диэлектриком, способная накапливать электрический заряд.
- Какая величина характеризует способность конденсатора накапливать заряд?
Электрическая емкость.

- Чему равна электроемкость конденсатора?

Отношению заряда, накопленного на одной из обкладок, к напряжению между обкладками: С=q/U.

Итак, мы здесь видим на одной обкладке восемь «плюсов», а на другой столько же и «минусов». Ну а как вы знаете, противоположности притягиваются. И чем меньше расстояние между обкладками, тем сильнее они притягиваются. Следовательно, плюс притягивается к минусу, а минус к плюсу. Поэтому, это притяжение не дает разрядиться уже заряженному конденсатору. 

Для того, чтобы разрядить конденсатор, достаточно проложить «мостик», чтобы «плюсы» и «минусы» встретились. То есть тупо замкнуть два вывода от прокладок хорошим проводником. Конденсаторы большой емкости лучше разряжать через сопротивление, то есть резистором. 

Постоянный ток не может идти по цепи, содержащей конденсатор, так как обкладки конденсатора разделены диэлектриком. Переменный же ток может идти по цепи, содержащей конденсатор.

есть источники постоянного и переменного напряжений, в которых постоянное напряжение на зажимах источника равно действующему значению переменного напряжения. Цепь состоит из конденсатора и лампы накаливания, соединенных последовательно. При включении постоянного напряжения (переключатель влево) лампа не светится. При включении переменного напряжения (переключатель вправо) лампа загорается, если емкость конденсатора достаточно велика. Под действием переменного напряжения происходит периодическая зарядка и разрядка конденсатора. Ток, идущий в цепи при перезарядке конденсатора, нагревает нить лампы.

Если сопротивлением проводов и обкладок конденсатора можно пренебречь,

то напряжение на конденсаторе равно напряжению на концах цепи.

Следовательно,

Заряд конденсатора меняется по гармоническому закону: q = CUm cos ωt

Сила тока, представляющая собой производную заряда по времени, равна:

Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе на .

Амплитуда силы тока равна: Im = UmCω

Если ввести обозначение

и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим

Величину Хс, обратную произведению ωС циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называют емкостным сопротивлением. Роль этой величины аналогична роли активного сопротивления R в законе Ома. Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения на конденсаторе точно так же, как связаны согласно закону Ома сила тока и напряжение для участка цепи постоянного тока. Это и позволяет рассматривать величину Хс как сопротивление конденсатора переменному току (емкостное сопротивление). Чем больше емкость конденсатора, тем больше ток перезарядки. Это легко обнаружить по увеличению накала лампы при увеличении емкости конденсатора. В то время как сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, его сопротивление переменному току имеет конечное значение Хс. С увеличением емкости оно уменьшается. Уменьшается оно и с увеличением частоты ω. На протяжении четверти периода, когда конденсатор заряжается до максимального напряжения, энергия поступает в цепь и запасается в конденсаторе в форме энергии электрического поля. В следующую четверть периода, при разрядке конденсатора, эта энергия возвращается в сеть. Итак, сопротивление цепи с конденсатором обратно пропорционально произведению циклической частоты на электроемкость. Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на .

Для того, чтобы было более понятнее рассмотрим данный процесс на графике.

Так как π/2-это ¼ часть от поворота 2π, тогда поворот на π/2, значит это занимает 1/4T. Соответственно все точки сдвинуться в лево на 1/4T. Для силы тока.

Хорошо продолжим рассмотрение значения силы тока. Im= ω* C* Um- закон Ома.

I=U/R, Xc=1/ ω* C, где Xc-емкостное сопротивление [Ом] Im=Um/Xc.

IV.Закрепление изученного материала

Запомните и запишите.

1. Конденсатор энергию (в цепи переменного тока) не потребляет.

2. Конденсатор может использоваться для сдвига фаз.

3. Чем больше частота тока (f), тем сопротивление конденсатора меньше, т.е. при постоянном токе он размыкает цепь.

4. Конденсатор может использоваться для накопления электроэнергии и временно работать как источник.

Запомните!

Поясняющая картинка

На ней, по сути, в сжатой форме изображены выводы, которые хорошо бы запомнить.

Вопросы к классу:

1.Почему при подключении конденсатора к катушке он разряжается постепенно?

Конденсато разряжается постепенно благодаря явлению самоиндукции. Как только по цепи контура начинает идти ток, возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая увеличению силы тока.

2.Чему равен сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с конденсатором?

Сдвиг фаз между колебаниями силы тока и напряжения в цепи с конденсатором равен /2. Причем колебания силы тока опережают колебания напряжения.

3.Чему равна средняя за период мощность в цепи с конденсатором?

Средняя за период мощность в цепи с конденсатором равна нулю.

4. От чего и как зависит емкостное сопротивление конденсатора?

Емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально емкости конденсатора и частоте колебаний напряжения, приложенного к конденсатору.

5.Что необходимо иметь, чтобы проверить зависимость емкостного сопротивления от емкости конденсатора?

Нужен набор конденсаторов различной емкости (батарея конденсаторов), источник переменного синусоидального напряжения, амперметр или лампочка (чтобы заметить изменение емкостного сопротивления будем наблюдать за изменением силы тока в цепи).

В цепи с конденсатором протекает переменный ток.

6.Значит ли это, что свободные заряды перемещаются внутри конденсатора между его обкладками?

Нет, в цепи протекают токи зарядки и разрядки конденсатора.

Учимся решать задачи

Задача 1.

Катушка индуктивностью L=0,08 Гн присоединена к источнику переменного напряжения с частотой v=1000 Гц. Действующее значение напряжения U=100 B. Определите амплитуду силы тока Im в цепи.
Решение

Задача 2. К зажимам генератора присоединён конденсатор ёмкость 0,1 мкФ. Найти амплитуду напряжения на зажимах если амплитуда, тока 1,6 А, период колебаний тока 0,2 мс.

V. оценивание учащихся.

VI. Домашнее задание§ 15. Ответить на вопросы