Последовательное и параллельное соединения конденсаторов.
ФИЗИКА, ГРУППА № 26, 06.10.2021 г.
Занятие № 14
Тема: Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор.
Цель : изучить понятие электроемкости, электроёмкости плоского конденсатора, рассмотреть типы соединений конденсаторов.
План:
1. Электроёмкость. Единицы электроёмкости.
2. Конденсатор. Электроёмкость плоского конденсатора.
3. Последовательное и параллельное соединения конденсаторов.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Электроёмкость. Единицы электроёмкости.
При электризации двух проводников между ними появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение). С увеличением заряда проводников электрическое поле между ними усиливается.
Физическая величина, характеризующая способность проводников накапливать электрический заряд, называется электроёмкостью.
Напряжение U между двумя проводниками пропорционально электрическим зарядам, которые находятся на проводниках (на одном +q, а на другом -q). Действительно, если заряды удвоить, то напряжённость электрического поля станет в 2 раза больше, соответственно в 2 раза увеличится и работа, совершаемая полем при перемещении заряда из одной точки поля в другую, т. е. в 2 раза увеличится напряжение.
Отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов между проводниками не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды.
|
|
|
Электроёмкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между ними:
Чем больше электроёмкость, тем больший заряд скапливается на проводниках при одном и том же напряжении.
Единицей электроёмкости в СИ является фарад.
1 Фарад — это электроёмкость двух проводников в том случае, если при сообщении им зарядов +1 Кл и -1 Кл между ними возникает разность потенциалов 1 В:
1 Ф = 1 Кл/В.
Из-за того что заряд в 1 Кл очень велик, ёмкость 1 Ф оказывается очень большой. Поэтому на практике часто используют доли этой единицы:
В основном это: микрофарад (мкФ) — 10-6 Ф и пикофарад (пФ) — 10-12 Ф.
Конденсатор. Электроёмкость плоского конденсатора.
Конденсатор представляет собой два проводника, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.
Проводники конденсатора называются обкладками.
Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.
Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника напряжения, например к полюсам батареи аккумуляторов.
|
|
|
Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.
Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд.
Количество заряда, которое способен накопить конденсатор, называют «емкостью». Эта величина измеряется в фарадах.
При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение – минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.
В процессе накопления заряда электроны (отрицательные заряды) скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы (положительные заряды) – на другой. Между пластинами заряд не перетекает из-за присутствия диэлектрика. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор –накопителем электрического поля.
C течением времени конденсатор все равно будет разряжаться. Это зависит от материала диэлектрика.
|
|
|
Положительные заряды притягиваются к отрицательным, но они не могут соединиться с друг другом, так как им мешает диэлектрик, который не пропускает электрический ток. В это время между обкладками конденсатора возникает электрическое поле, которое как раз и запасает энергию конденсатора.
Когда конденсатор заряжается, электрическое поле между обкладками становится сильнее. Соответственно, когда конденсатор разряжается, электрическое поле слабеет. Но как много заряда мы можем «впихнуть» в конденсатор? Вот здесь и применяется такое понятие, как емкость конденсатора.
Плоским конденсатором называют конденсатор, который состоит из двух одинаковых пластин, которые параллельны друг другу. Пластины могут быть разной формы. На практике чаще всего можно встретить квадратные, прямоугольные и круглые пластины. Рассмотрим простой плоский квадратный конденсатор.
где
d — расстояние между пластинами конденсатора, м
S — площадь пластины, м2
ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками конденсатора
Формула для плоского конденсатора будет выглядеть так:
где
С — емкость конденсатора, Ф
ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика
|
|
|
ε0 — диэлектрическая постоянная, Ф/м
S — площадь пластины, м2
d — расстояние между пластинами, м
Чем больше площадь пластин, тем больший заряд можно на них накопить: q ~ S. Емкость конденсатора зависит от площади S, расстояния d, от свойств диэлектрика между пластинами.
Диэлектрическая постоянная — это постоянная величина.
Диэлектрическая проницаемость — эта величина зависит от типа диэлектрика, который находится между обкладками конденсатора.
Последовательное и параллельное соединения конденсаторов.
При последовательном соединении, конденсаторы подключены таким образом, что только первый и последний конденсатор подключены к источнику ЭДС/тока одной из своих пластин. Заряд одинаков на всех пластинах, но внешние заряжаются от источника, а внутренние образуются только за счет разделения зарядов ранее нейтрализовавших друг друга. При этом заряд конденсаторов в батарее меньше, чем, если бы каждый конденсатор подключался бы отдельно. Следовательно, и общая емкость батареи конденсаторов меньше.
Напряжение на данном участке цепи соотносятся следующим образом:
Зная, что напряжение конденсатора можно представить через заряд и емкость (q = Q), запишем:
Сократив выражение на Q, получим знакомую формулу:
Откуда эквивалентная емкость батареи конденсаторов соединенных последовательно:
При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках одинаковое, а заряды разные.
Величина общего заряда полученного конденсаторами, равна сумме зарядов всех параллельно подключенных конденсаторов. В случае батареи из двух конденсаторов:
Так как заряд конденсатора
А напряжения на каждом из конденсаторов равны, получаем следующее выражение для эквивалентной емкости двух параллельно соединенных конденсаторов
φ1 - φ2 = U = U1 = U2
Основная литература по теме урока:
1) Учебник «Физика 10» Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, М. «Просвещение»
2) интернет ресурсы
Домашнее задание: изучить материал, сделать краткий конспект.
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 18; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!