Розробка уроку з предмета: «Електротехніка з основами промислової електроніки» Тема уроку: «Електрична ємність. Плоский конденсатор»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Розробка уроку з предмета:

      «Електротехніка з основами промислової електроніки»

Тема уроку:

«Електрична ємність. Плоский конденсатор» 

Розробив урок:

викладач електротехніки Р.В. Лакуста

м. Нікополь

2016

План – конспект теоретичного уроку з предмету

“Електротехніка з основами промислової електроніки”

Тема №2: Основи електростатики

Тема уроку №5:  Електрична ємність. Плоский конденсатор

Мета уроку:

навчальна: ознайомити учнів  з поняттям  електричної ємності конденсатора, різними видами конденсаторів; систематизувати і узагальнити знання та вміння, знайти практичне застосування придбаного досвіду при вивченні теми «Основи електростатики»;

розвивальна: активізувати пізнавальну активність учнів, сприяти  розвитку логічного мислення, формувати вміння використовувати придбані знання на практиці;

виховна: творче ставлення до справи, старанність, працьовитість, відповідальність за результати своєї роботи; комунікабельність, вміння працювати самостійно і в колективі.

Тип уроку: засвоєння нового матеріалу.

Компетентність: предметна, соціальна, інформаційна, комунікативна.

Обладнання та наочність: дидактичні  матеріали, комп’ютер, мультимедійна установка, електротехнічне обладнання.

СТРУКТУРА УРОКУ

1. Організаційно-вступна частина уроку.

2. Актуалізація опорних знань учнів.

3. Постановка завдань уроку.

4. Пояснення нової теми.

5. Оперативний контроль вивченого на уроці.

6. Закріплення теми уроку (практичне завдання).

7. Систематизація та узагальнення знань.

8. Підсумок уроку:

    а) підведення підсумків розглянутих на уроці знань

    б) пояснення домашнього завдання

    в) оцінювання знань учнів.

ХІД УРОКУ

1. Організаційно-вступна частина

      Налаштування психологічного настрою учня на продуктивну роботу

1. взаємне вітання;
2. перевірка наявності учнів;
3. організація уваги учнів до уроку.

2. Актуалізація та корекція опорних знань учнів

Актуалізація мотиваційних резервів учня шляхом фронтального опитування учнів з пройденого раніше матеріалу. Запитання до учнів:

1) Яку роботу електричного поля названо потенціалом?

2. Що є електризацією тіл?

3)  Що є напругою?

4)  Яка одиниця вимірювання потенціалу і напруги?

3. Постановка завдання уроку

     Сьогодні на уроці ми вивчимо поняття електричної ємності, будову та застосування плоских конденсаторів, різні види конденсаторів.

4. Пояснення нової теми

Електрична ємність – це властивість двох провідників накопичувати заряд відповідно до різниці потенціалів, що виникає:

                                            C = ; 1   = 1 Ф                                           (1)

,де: C — ємність конденсатора у фарадах [Ф];

Q — електричний заряд, що накопичений на одній з обкладок в кулонах;

U — електрична напруга між обкладками у вольтах.

Ємність виражається у фарадах. Одна фарада є досить значною одиницею, тому на практиці ємність конденсаторів виражається у піко-, нано-, мікро- та міліфарадах.                                                                                                                                                          Конденсáтор  — система з двох чи більше електродів (обкладок), які розділені діелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром обкладок. Така система має взаємну електричну ємність і здатна зберігати електричний заряд. Конденсатор є пасивним електронним компонентом і широко застосовується в електронних схемах для блокування постійного струму, пропускаючи змінний струм. Конденсатори бувають різні за будовою та призначенням. Зовнішній вигляд конденсаторів на рис. 1.

Рис. 1 Зовнішній вигляд конденсаторів

 Фарад – це електрична ємність двох таких провідників, між якими при наданні кожному з них заряду 1 Кл виникає різниця потенціалів 1 В.                                          Оскільки ємність 1 Ф дуже велика, то часто використовують 1 мкФ, 1 пФ.              Плоский конденсатор – це конструкція із плоских пластин провідника, розділених діелектриком (повітря, слюда, парафін та ін.) рис. 2.

Рис. 2 Плоский конденсатор

                                                                                                                  (2)

 Основною характеристикою конденсатора є його електрична ємність (точніше номінальна ємність), яка визначає накопичений заряд. Типові значення ємності конденсаторів складають від одиниць пікофарад до сотень мікрофарад. Ємність плоского конденсатора, яка складається з двох паралельних металічних пластин площиною S кожна, які розташовані на відстані d одна від одної, в системі СІ виражена формулою (2), де ε — відносна діелектрична проникність середовища, яке заповнює простір між пластинами. Ця формула справедлива лише при малих d.                                                                                                  Іншою не менш важливою характеристикою конденсаторів є номінальна напруга — значення електричної напруги, яке позначається на конденсаторі, при якому він може працювати у заданих умовах під час строку служби із зберіганням параметрів у допустимих межах. Номінальна напруга залежить від конструкції конденсатора і властивостей застосованих матеріалів. При експлуатації напруга на конденсаторі не повинна перевищувати допустимої. Для більшості типів конденсаторів із збільшенням температури допустима напруга знижується. Напругу, при якій впродовж 1-5 с виникає пробій, називають пробивною. Допустиму робочу напругу обирають у 3-10 разів меншою за пробивну.                                                                                                                                            Більшість конденсаторів із оксидним діелектриком (електролітичні) мають уніполярну провідність, внаслідок чого їх експлуатація можлива тільки при позитивному потенціалі аноду.                                                                                                                              Умовні графічні позначення конденсаторів на електричних схемах повинні відповідати або міжнародному стандарту. Літерне позначення конденсаторів на електричних схемах складається з латинської літери «C» і порядкового номера елементу (цифрове позначення), по­чинаючи з одиниці, в межах групи елементів, наприклад: C1, C2, C3 і т. д.

Основна класифікація конденсаторів проводиться за типом діелектрика в конденсаторі. Тип діелектрика визначає основні електричні параметри конденсаторів: опір ізоляції, стабільність ємності, величину втрат тощо.

За видом діелектрика розрізняють: вакуумні конденсатори (обкладки без діелектрика знаходяться у вакуумі); конденсатори з газоподібним діелектриком; конденсатори з рідким діелектриком; конденсатори з твердим неорганічним діелектриком: скляні, слюдяні, керамічні, тонкошарові із неорганічних плівок (К10, К15, К26, К32,); конденсатори з твердим органічним діелектриком: паперові, металопаперові, плівкові, комбіновані (К41, К42, К71, К72); електролітичні та оксидо-напівпровідникові конденсатори. В якості діелектрика використовується шар оксиду металу. Наприклад для конденсаторів оксидно-алюмінієвих (К50) це Al2O3, а для оксидно-танталових (К51) — Ta2O3. Однією обкладинкою слугує металева фольга (анод), а друга (катод) — це або електроліт (у електролітичних конденсаторах) або шар напівпровідника (у оксидно-напівпровідникових), нанесений безпосередньо на оксидний шар. Анод виготовляється, в залежності від типу конденсатора, з алюмінієвої, ніобієвої чи танталової фольги. Такі конденсатори відрізняються від інших типів перш за все своєю великою питомою ємністю, але здатні працювати при відносно низьких напругах і мають значні діелектричні втрати.

Крім того, конденсатори розрізняються за можливістю зміни своєї ємності:

Постійні конденсатори — основний клас конденсаторів, який має сталу ємність (окрім як зменшення з часом використання);

Змінні конденсатори — конденсатори, які дозволяють зміни ємності в процесі функціонування апаратури. Керування ємністю може відбуватися механічно, електричною напругою (варіконди) та температурою (термоконденсатори). Використовуються, наприклад, у радіоприймачах для налаштування частоти резонансного контуру.

Конденсатори підлаштування — конденсатори, ємність яких змінюється при разовому чи періодичному регулюванню і не змінюється в процесі функціонування апаратури. Їх використовують для підлаштування та вирівнювання початкових ємностей сполучених контурів, для періодичного підлаштування та регулювання ланцюгів схем, де потрібна незначна зміна ємності.                                                                                                                                                                                       В залежності від призначення конденсатори можна умовно розділити на конденсатори загального та спеціального призначення. Конденсатори загального призначення використовуються практично у більшості видів і класів апаратури. Традиційно до них відносять найбільш розповсюджені низьковольтні конденсатори, до яких не висуваються особливі вимоги. Решта конденсаторів є спеціальними. До них відносяться високовольтні, імпульсні, дозиметричі, пускові та інші конденсатори.                                                                                                   За формою обкладок конденсатори бувають: плоскі, циліндричні, сферичні, рулонні та інші.                                                                                                                               Електрична енергія конденсатора (3):

                                                                                                (3)  Для отримання великих ємностей конденсатори з'єднують паралельно. Загальна ємність батареї паралельно з'єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей всіх конденсаторів, які входять у батарею.

Сзаг = С1+ С2 + Сn

При послідовному з'єднанні конденсаторів заряди усіх конденсаторів однакові. Загальна ємність батареї послідовно з'єднаних конденсаторів дорівнює:

або тільки для двох послідовно з’єднаних конденсаторів

Ця ємність завжди менша мінімальної ємності конденсатора, який входить в батарею. Але при послідовному з'єднанні зменшується загроза пробою конденсаторів, оскільки на кожний конденсатор надходить лише частина різниці потенціалів джерела напруги.                                                                                                  Конденсаторам знаходиться використання практично у всіх галузях електротехніки.                                                                                                                                            Конденсатори використовуються як фільтри при перетворенні змінного струму на постійний. При з'єднанні конденсатора з котушкою індуктивності утворюється коливальний контур, який використовується у пристроях прийому-передачі. За допомогою конденсаторів можна отримувати імпульси великої потужності, наприклад, у фотоспалахах. Оскільки конденсатор здатний довгий час зберігати заряд, то його можна використовувати в якості елемента пам'яті. Цей принцип використовує динамічна оперативна пам'ять.

5. Оперативний контроль

Викладач оперативно проводить опитування учнів з викладеного матеріалу:

1) Як поводять себе в електростатичному полі провідники і діелектрики?

2. Чому при обертанні рухомих пластин конденсатора змінюється його ємність?

3)  Що таке конденсатор та яке їх застосування?

4)  Яка одиниця вимірювання ємності конденсатора?

5)  Чому ємність паралельно ввімкнених конденсаторів більша, ніж послідовно ввімкнених?

6. Закріплення теми уроку

Робота з картками.

1. Оберіть формулу ємності?

А)  С = q / U

Б)   C = U / q

В)   C = q +  U

Г)   C = q ∙ U

2. В яких одиницях вимірюється ємність?

А)  Вольт

Б)  Джоуль

В)  Фарад

Г)   Кулон

3. Умовне позначення ємності?

А) ╫

Б)

В) ╫

Г) ╬

4. При послідовному з’єднані конденсаторів загальна ємність батареї…?

А) Зростає

Б) Зменшується

В) Не зміниться

Г) Не достатньо даних для відповіді

5. Яка властивість підлаштувальних конденсаторів змінної ємності?

А) Має можливість поляризовуватися

Б) Має сталу ємність

В) Дозволяють зміни ємності в процесі функціонування апаратури

Г) Ємність яких змінюється при разовому чи періодичному регулюванні

6. Формула електричної енергії конденсатора?

А)  

Б)

В)    

Г) С = q / U

Кожна вірна відповідь – 2 бали

Відповіді для перевірки

7. Систематизація та узагальнення знань

1) Перевірка відповідей на картках.

2) Питання від учнів, що було не зрозуміло з нового матеріалу.

8. Пояснення домашнього завдання

Викладач

- підводить підсумки уроку коротким оглядом його змісту.

- проводить оцінювання знань учнів, які відповідали на уроці, оголошує оцінки.

На дошці викладач пише домашнє завдання

Сторінки 16 – 20 у підручнику «Електротехніка з основами промислової електроніки», Автор  А.М. Гуржій та інші. Київ Форум 2002             

                                                              Література

1) https://uk.wikipedia.org

2) підручник «Електротехніка з основами промислової електроніки», Автор  А.М. Гуржій та інші. Київ Форум 2002