Цели и задачи: сформировать представление об электроёмкости вообще и конденсатора в частности, ввести единицу измерения электроёмкости, рассмотреть зависимость ёмкости конденсатора от его геометрической конструкции, соединения конденсаторов, типы конденсаторов и их применение, обратив особое внимание на использование конденсатора в качестве накопителя энергии и выяснив формулы для энергии конденсатора.
УМК: Конденсатор, электрометр, пластина из диэлектрика, набор конденсаторов, проектор, компьютер.
Домашнее задание задано по учебнику Мякишева А.В. для профильных 10-11 классов “Электродинамика” 2011 г., задачи заданы по сборнику Гольдфарба Н.И. с целью ознакомления учащихся с примерами решения задач по данной теме (учащиеся их оформляют в тетради для домашних работ и следующий урок – семинар, посвящён именно решению задач по теме).
Ход урока
рис.1.
На демонстрационном столе собрана установка (см. рис.1).
Если корпус электрометра соединить с землей, то он измеряет напряжение. Зарядим шарик (малый), сообщая ему заряд от разрядника. Видим, что с ростом заряда, растет напряжение между ним и землей. После того как опыт повторили 3-4 раза заряд и напряжение перестают расти.
Следовательно шарик вмещает в себе определенное кол-во зарядов. Если заменить малый шар на большой, то видно, что он вмещает большее количество зарядов.
Электрическая ёмкость С уединённого проводника - это отношение заряда проводника к его потенциалу.
Электроёмкость не зависит от величины заряда и напряжения на проводнике, а характеризует его электрические свойства и определяется размерами и формой проводника.
1Рассмотрим электроёмкость уединённого
шара:
Единица электроёмкости : [C] = 1 Ф (фарад) – это электроёмкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1В при сообщении ему заряда в 1 Кл.
Конденсатор – устройство для накопления заряда и энергии. Конденсатор представляет собой два проводника, разделённых тонким слоем диэлектрика. Проводники называют обкладками конденсатора.
На демонстрационном столе установка (см. рис.2)
рис.2
Демонстрируется Приложение 1 (ВИДЕО об устройстве конденсаторов)
Электроемкость конденсатора зависит:
1. От величины заряда C 
q (одной
из обкладок)
2. От напряжения между пластинами 
Электроёмкость конденсатора определяется
формулой: 
Различают конденсаторы также по форме: плоские и сферические. (см. рис.3)
рис.3.
Также конденсаторы различают по диэлектрику:
- Электролитические
- Воздушные
- Слюдяные
- Бумажные. (см. рис.4)
рис.4
Далее учащимся по партам передаются конденсаторы разные по форме, демонстрируются также конденсаторы переменной ёмкости. (см. рис.5).
рис.5
Электрическое поле плоского конденсатора (см.рис.6)
рис.6
Электроемкость плоского конденсатора зависит от геометрических размеров
C
(диэлектрическая проницаемость)
C
(расстояние между пластинами)
Рассмотрим энергию заряженного конденсатора.
Т.к. энергия однородного поля равна Wp = Eqd, то для одной пластины Wp = Eqd/2.
Пример 1. Если расстояние между пластинами уменьшили в 2 раза, как изменились емкость, напряжение, напряженность, энергия поля?
Если конденсатор отключен от источника напряжения, то q = const!
| Емкость | |
Увеличилась |
| Напряжение | |
уменьшилось |
| Напряженность | |
Не изменилась |
| Энергия электрического поля | |
Уменьшилась |
Пример 2. Как изменятся емкость, заряд, напряженность и энергия поля при удалении диэлектрика с ??
Если конденсатор не отключен от источника напряжения, то U = const!
| Емкость |
|
уменьшилась |
| Заряд | |
уменьшился |
| Напряженность |
|
Не изменилась |
| Энергия электрического поля |
|
уменьшилась |
Соединения конденсаторов:
1) Последовательное (см. рис.7)
q1 = q2
U = U1 + U2
рис.7
2) Параллельное (см. рис.8)
U = U1 = U2
q = q1 + q2
CU = C1U + C2U —> C = C1 + C2
рис.8
Рассмотрим свойства и применение конденсаторов.
Конденсатор – накопитель электроэнергии. Как видно из формулы конденсатор способен хранить электрические заряды тем больше, чем больше его емкость. Если необходимо получить электрический ток большой мощности (N = I2 R), то выгодно иметь большую силу тока, а (I = Q/t), т.е. имея большой заряд, протекающий по проводнику за очень малое время, получаем большую мощность. Конденсатор большой емкости при разрядке дает большую мощность. Пример: фотовспышка
конденсатор – измеритель времени. При зарядке и разрядке конденсатора время этих процессов зависит от емкости конденсатора пропорционально. Это свойство можно использовать для отсчета времени. Например: часы, реле времени ....
Конденсатор в переменном токе. В цепях переменного тока конденсатор периодически перезаряжается, поэтому по подводящим к нему проводникам постоянно проходит ток, а в цепи постоянного тока конденсатор, зарядившись, ток не пропускает. Поэтому конденсатор можно использовать как фильтр для переменного тока. Пример: выпрямители.
Конденсатор и частота переменного тока. В зависимости от частоты переменного тока конденсатор быстро или медленно перезаряжается , при этом оказывая разное сопротивление переменному току. Это используют в частотных фильтрах переменного тока. Например: приемный контур радиоприемника, телевизора, генераторы переменных сигналов....
Демонстрируется Приложение 2 (ВИДЕО о применении конденсаторов).