План-конспект уроку Електроємність. Конденсатори

Автор: Олеярник Олександр Вікторович, вчитель фізики та астрономії загальноосвітньої школи № 33, Краматорської міської ради Донецької області

Мета уроку полягає у ознайомленні учнів з поняттям електроємності, одиницею вимірювання, конденсатором, позначенням, маркуванням, колірними кодами, кодовими характеристиками, сферою застосуванням, розрізняти конденсатор постійної ємності від конденсатора змінної ємності, використовувати набуті знання при розв’язування практичних та технічних задач у майбутній діяльності

Урок  Електроємність. Конденсатори

Мета уроку:

навчальна: дати поняття електроємності системи двох провідників, поняття про конденсатор, вивести формулу ємності плоского та сферичного конденсаторів і з’ясувати, за якої умови може відбуватися у ньому пробій діелектрика

розвивальна: розвивати логічне мислення й уміння користуватися набутими знаннями, аналізуючи фізичні явища;

виховна:формувати культуру поведінки на уроці та виховувати цікавість до предмету.

Прилади та обладнання: плакати, конденсатори змінної та постійної ємкості

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційна частина (привітання, перевірка д/з)

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

Оголошення теми і мети уроку

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

Поняття електроємності вживали ще в XVII-XVIII століттях, електрика це рідина, яка могла «вливатися» або «виливатися» з провідника. В електротехніці вона повністю витіснена більш ємнісними та зручними у використанні високовольтними конденсаторами. Одиниця вимірювання електроємності- фарад.

1 фарад – це така одиниця електроємності провідника, при наданні якому заряда в 1 Кл його потенціал збільшується на 1В.

Значення ємності тіла в 1Ф (фарад) дуже велике. Таку ємність має віддалена від навколишніх тіл куля діаметром: D = 9∙10⁹м, ємність Землі, радіус якої Rз= 6400 км  становить усього                Сз = 7∙10^-4(Ф). Назва «конденсатор» означає «накопичення».

Тому в практиці використовують одиниці ємності, кратні фараду:

1мкФ=10^-6Ф

1пФ=10^-12Ф

Конденсатор – це система з двох провідників, розділених діелектриком. Електроємністю конденсатора називають величину, чисельно рівну відношенню заряда конденсатора (q) до різниці потенціалів між пластинами (φ₁-φ₂):

С= q/ φ₁-φ₂

Зарядом конденсатора називають абсолютну величину заряду однієї з пластин (на другій індукується заряд протилежного знака).

Ємність повітряного конденсатора в СІ:

С= ɛˑɛ₀ˑS/d

ɛ– абсолютна проникність;

ɛ₀ = 8,85ˑ10^-12 Ф/м- відносна діелектрична проникність;

 S – площа пластин;

 d – відстань між пластинами.

На практиці дуже часто виникає питання щодо позначення, маркування, сфери застосування та вміння розрізняти конденсатори один від одного, тому на уроці ми з вами навчимося вирішувати такі питання.

Конденсатори  постійної потужності

слюдяні конденсатори КСО (конденсатори слюдяні опресовані) і СМГ (слюдяні малогабаритні, що герметизуються), використовуються у якості контурних, перехідних, розділових фільтрів.

керамічні конденсатори – пластинки, диски або трубки з кераміки з нанесеними на них електродами з металу. Використовуються  у якості контурних, розділових, блокувальних фільтрів.

скляні конденсатори –  монолітні спечені блоки з декількох шарів скляної плівки і алюмінієвої фольги.

склокерамічні конденсатори –  діелектриком в них служить скло з добавкою високочастотної кераміки.

склоемалєві конденсатори –  діелектриком в них служить склоподібна тканина, а обкладинками –  шари срібла. Характеризуються високим опором ізоляції.

металевопаперові конденсатори   мають велику питому ємкість.

плівкові конденсатори –  діелектриком є тонка плівка з пластмаси.

електролітичні конденсатори – у якості діелектрика містять оксидний шар на металі, що є одним шаром (анодом). Другий шар ( катод) – електроліт.

Конденсатори змінної ємкості

Підстроювальні  застосовуються в коливальних контурах,  для точної підгонки ємкості в процесі наладки радіоапаратури.

Конденсатори змінної ємкості  застосовуються у якості елементів перебудови коливальних контурів. Вони виготовляються з повітряним і твердим діелектриком. У  радіоприймачах застосовуються прямохвильові і прямочастотні  конденсатори змінної ємкості. Скорочена назва конденсатора складається з букв та цифр. Перший елемент –  підклас конденсатора: К –  постійної ємкості, КТ – підстроювальні (табл.1).

Таблиця 1  – Умовне позначення деяких конденсаторів залежно

                     від матеріалу діелектрика

Маркування конденсатора містить тип, номінальну напругу, ємкість, допуск, а якщо розміри не дозволяють, то застосовується колірне маркування (табл2)

Таблиця 2  – Колірні коди для маркування конденсаторів

Найбільший високий опір  мають фторопластові, полістирольні та поліпропіленові конденсатори. Більшість відмов конденсаторів відбувається через пробій і перекриття. Пробій відбувається, коли напруга електричного поля перевищує певне значення для даного діелектрика. У  конденсаторів змінної ємкості перевіряють плавність обертання ротору, відсутність заїдань і люфтів. Зовнішніми ознаками виходу з ладу паперових і електролітичних конденсаторів є здуття корпусу, відрив торцевих виводів.

Керамічні конденсатори можуть обвуглюватися або руйнуватися. Електролітичні і паперові конденсатори застосовують у ланцюгах згладжуючих  фільтрів, фільтрів розв'язки і блокування. Слюдяні  конденсатори застосовуються там, де висуваються високі вимоги до опору ізоляції. З твердих діелектриків в конденсаторах змінної ємкості використовуються органічні плівки і високочастотна кераміка.

При виборі конденсаторів для РЕС (радіо компонентних систем) керуються наступними параметрами:

– номінальна робоча напруга (постійного, змінного струму або імпульсивні);

– частотний діапазон, в якому працює конденсатор;

– номінальне значення ємкості;

– клас точності – допустима похибка;

– габаритні показники;

– показники стійкості.

Умовні позначення для конденсаторів РЕС

перший елемент – літера або сполучення літер, які визначають тип конденсатора (К – постійної ємкості; КТ – підстроювальний; КП – змінної ємкості; КС – конденсаторні збірки);

другий елемент – число, яке позначує вид діелектрика, що використовується (10 – керамічні U ≤ 1600 В; 40 – паперові та фольгові U ≤ 2000 В; 50 – оксидні алюмінієві; 51 – оксидні танталові та ніобієві; 53 – оксиднопровідникові; 71 – полістирольні з металізованими обкладинками; 73 – поліетилентерефталатні з металізованими обкладинками тощо);

третій елемент – порядковий номер розробки конкретного типу, до складу якого може входити також літерні позначення ( П – робота на постійному та змінному струмі, У – постійний та імпульсний струм, Ч – для роботи у ланцюгах змінного струму, І – для роботи в імпульсному режимі).

Кодоване позначення параметрів

Основні параметри, які характеризують конденсатори:

номінальна ємність ( з рядів), літерами П або Р – пікофаради; Н або n –  нанофаради; М або μ – мікрофаради; при цьому буква грає роль коми, як у резисторів;

припустима похибка:

G (Л) – ± 2%;  J (И) – ± 5%;  К (С) –   ± 10%;   М (В) – ± 20%;  

N (Ф) – ± 20%;   Q – 10+30%; Т (Е) – 10+50%; Y (Ю) –10+100%;

S(Б) –20+50%;  Z (A) – 20 +80%;

– номінальна напруга та струм:

10 – D; 16 – Е; 20 – F; 50 – J; 63 – К; 100 – N; 160 – Q; 315 – Х; 350 – Т;

400 – Y; 450 – U; 500 – V;

– температурний коефіцієнт ємкості. ТКЄ ( М – позитивний П≈0; Н – не нормується), наступні за буквою цифри вказують на гранично допустимі змінення ємкості у інтервалі температур.

IV Питання до учнів під час викладу нового матеріалу

1. Для чого використовують колірні коди конденсаторів?
2. Що таке кодове позначення конденсаторів?
3. Як позначається похибка конденсаторів.

Вчимося розв’язувати задачі

1.Плоский повітряний конденсатор електроємність якого С = 12 пФ, має площу пластин S = 1 см². Визначте відстань між пластинами, якщо ɛ=1.

2.Два конденсатори ємністю 10 мкФ та 20 мкФ з’єднані послідовно. Обчисліть загальну електроємність, якщо конденсатори з’єднані паралельно.

3.Плоский конденсатор площа кожної пластини якого дорівнює S, має значення електроємності С. Як зміниться електроємність конденсатора, якщо одну з пластин розвернути на 90⁰. Відповідь обґрунтуйте.

V Підбиття підсумків уроку

Вчитель аналізує роботу учнів на уроці, виставляє оцінки в журнал

VI Домашнє завдання