"Конденсаторлар" тақырыбы бойынша жаңа материалды компьютерлік модельді қолдана отырып түсіндіру
жүктеу/скачать 0,9 Mb.
|
01 Урок конденсаторы каз
- Бұл бет үшін навигация:
- "Конденсаторлар" тақырыбы бойынша жаңа материалды компьютерлік модельді қолдана отырып түсіндіру. Сабақтың мақсаты
- Теориядан қысқаша мәліметтер [2-5].
|
Жалпы орта білім беру деңгейінің жаратылыстану-математикалық бағытындағы 10-11 сыныптарға арналған оқу бағдарламасына сәйкес физика курсына "Электродинамика" бөлімі кіреді, оның бір бөлігі "Электростатика" тарауы болып табылады. "Электростатика" тарауын оқытуға 14 сағат бөлінген, ол келесі тақырыптардан, демонстрациялар мен практикалық жұмыстардан тұрады [1] 1-1)электрлендіру және оның түрлері; электрлік заряд; заряд дискреттілігі; элементар заряд; зарядтың сақталу заңы; Кулон заңы – электростатиканың Негізгі Заңы; Электр өрісі; электр өрісінің кернеулігі және потенциалы; суперпозиция принципі; Гаусс теоремасы, біртекті өрісте және нүктелі заряд өрісінде зарядтың орнын ауыстыру бойынша электр өрісінің жұмысы; эквипотенциалды беттер; потенциалдардың айырмасы; электр өрісіндегі өткізгіштер; электр өрісіндегі диэлектриктер; электрқабылдығы; конденсаторлар және олардың түрлері; жазық конденсатор; конденсаторларды тізбектей және параллель қосу және олардың белгілері, электр өрісінің энергиясы; 1-2) демонстрациялар: зарядталған денелердің өзара әрекеттесуі; электр зарядының сақталуы; электр зарядының бөлінуі; зарядталған шарлардың электр өрісі; конденсатор энергиясы; 1-3) практикалық жұмыстар: есептік, сапалық және эксперименталды есептерді шешу; "Конденсаторлар" тақырыбы бойынша жаңа материалды компьютерлік модельді қолдана отырып түсіндіру. Сабақтың мақсаты: – конденсатор ұғымын енгізу, жазық конденсатор құрылғысымен таныстыру, – жазық конденсатор сыйымдылығының формулаларын, тізбектей және параллель қосылған конденсаторлар батареяларын, зарядталған конденсатор энергиясын шығару, – есептерді шешуде формулаларды қолдану білуін қалыптастыру, – PhET Interactive-тен Capacitor Lab компьютерлік моделінің көмегімен оқушылардың танымдық белсенділігін дамыту. Теориядан қысқаша мәліметтер [2-5]. Өткізгіш U потенциалдарының айырмасы кезінде q зарядының санын қабылдап алу саны оның сыйымдылығы болып табылады. Эксперимент барысында анықталғандай, қабылданатын зарядтардың саны потенциалдар айырмасының ұлғаюына тәуелді. Сондықтан, өткізгіштің сыйымдылығы мына формуламен анықталады: . (1) С пропорционалды константасы өткізгіштің сыйымдылығы деп аталады. Ол өткізгіштің геометриялық конфигурациясына және оның физикалық қасиеттеріне байланысты. СИ жүйесіндегі электр өткізгіштіктің өлшем бірлігі Фарада (Ф): . Конденсатор - электр зарядын сақтауға арналған құрылғы. Конденсатор оқшаулағышпен бөлінген екі металл пластинадан (қаптамадан) тұрады.Электр схемаларында тұрақты сыйымдылықтағы конденсаторлар конденсатордың астарларын бейнелейтін, олардың ортасынан шығатын екі параллель кесіндімен ( )белгіленеді.Жанында конденсатордың шартты әріптік белгісі-С әрпі көрсетіледі.Конденсаторды зарядтау кезінде пластиналарда зарядтың саны тең, бірақ қарама-қарсы белгі болады.Конденсатордың сыйымдылығы конденсаторда жинақталған q зарядының, конденсатордағы потенциалдардың айырымына қатынасы ретінде анықталады, яғни (1) формуламен.Мұндағы U – конденсатордың астарлары арасындағы потенциалдар айырмасы. Демек, конденсатордың электрсыйымдылығы деп - конденсаторлардың астарларының алған заряды мен олардың арасындағы потенциалдар айырмасы арасындағы пропорционалдық коэффициентті айтады.Электр сыйымдылығының шамасы конденсатордың формасына, өлшеміне және конденсатор астарларының орналасуына байланысты. Ол сондай-ақ диэлектриктің қасиеттеріне байланысты. Конденсаторлардың сыйымдылықтары микрофаратан (мкФ) пикофарадқа (пФ) дейінгі диапазонда өзгереді. Конденсатор астарларының формасына қарай жазық, цилиндрлік және сфералық болып бөлінеді. Қарапайым конденсаторларға – жазық конденсаторлар жатады. Ол әрқайсысының ауданы , қалыңдығы d диэлектрик қабатымен екі параллель өткізгіш пластинадан тұрады (1-сурет). Пластиналар арасындағы қашықтық пластиналар өлшемімен салыстырғанда аз. 1-сурет. Жазық конденсатордың электр өрісі [6]. Жазық конденсатордың электр өрісі конденсатордың астарлары арасында ғана шоғырланған (локализацияланған) (1-сурет).Ол біртекті болып табылады ( ). Біртекті зарядталған жазық пластинаның элект өрісінің кернеулігін өрнек қолдана отырып оңай алуға болады. . Мұндағы – зарядтардың беткі тығыздығы, Ф/м – электрлік тұрақты, – жазық конденсаторлар арасындағы диэлектрлік өтімділік. Жазық конденсатордың сыйымдылығын алу үшін, біртекті өрістің кернеуі мен кернеулігін (U=Ed) байланыстыратын өрнекті, сыйымдылықты анықтау(1-формула) және заряд тығыздығын анықтауды қолданамыз: . (2) Осылайша, жазық конденсатордың электрсыйымдылығы пластиналардың ауданына және конденсатор астарларының арасында орналасқан диэлектриктің диэлектрлік өтімділгіне тура пропорционал Сондай-ақ, ол конденсатор астарларының арақашықтығына кері пропорционал болады. Сфералық және цилиндрлік конденсаторлардың сыйымдылықтары үшін формуланы шығарамыз: , (2) . (3) (2) формуладағы және – сфералық конденсатордың концентрлі екі сфералық радиусы.(3) формулада – цилиндрлердің ұзындығы, ал және – осьтері сәйкес цилиндрлік конденсаторлардың радиусы.Астарлар арасындағы қашықтық астарлар өлшемінен аз болған жағдайда ( ) (2) және (3) формулалар жазық конденсатор сыйымдылығының (1) формуласына ауысады. Дараланған шардың сыйымдылығы формуласын алу үшін (2) формулаға шардың радиусын және қою керек. Сонда шар сыйымдылығы келесі формуламен анықталады . (4) Конденсаторларды параллель жалғаған кезде (2 - сурет) екі шарт орындалады: Конденсаторастарларындағы кернеу бірдей: Толық заряд конденсаторлар зарядтарының қосындысына тең: . 2-сурет. Конденсаторларды параллель қосу [7]. Сыйымдылықты анықтау есебімен зарядтау шартын қайта жазамыз . Бұдан мынаны аламыз (5) немесе конденсаторлар үшін келесі түрде өрнектеледі . (5) Демек, параллельжалғанған конденсаторлардың электрсыйымдылықтары қосылады. Конденсаторларды тізбектей жалғағанда (3-сурет) конденсаторлардың астарларындағы зарядтар бірдей болады: . Толық кернеу жеке конденсаторлардағы кернеу қосындысына тең: 3-сурет. Конденсаторларды тізбектей қосу[7]. . Сыйымдылықты анықтауды ескере отырып, кернеу үшін шартты келесі жазамыз . Бұдан келесі өрнек туындайды (6) немесе конденсаторлар үшін (6) формула төмендегідей өрнетеледі . (6) Осылайша, конденсаторларды тізбектей жалғаған кезде сыйымдылықтардың кері шамаларының мәні жинақталады. Зарядталған конденсатордың энергиясы оң және теріс зарядтарды бөлу бойынша жұмыс жасайды, яғни бір пластина зарядының басқа зарядталған пластина өрісімен орнын ауыстыруы бойынша жұмысқа тең: . (7) Мұндағы -пластиналардың бірінің зарядымен құрылған өріс кернеулігі, -конденсатордағы өріс кернеулігі.Бұл энергия пластиналардың етене жақындауында электр өрісінің жасайтын жұмысына тең. Сыйымдылықты анықтауды есепке ала отырып (7) формуланы келесі түрде жазуға болады: . (8) жүктеу/скачать 0,9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|