Практическая работа №10. Электроемкость.

Практическая работа №10. Электроемкость.

Цель: научиться решать экспериментальные и расчетные задачи, используя формулы емкости плоского конденсатора, на смешанное соединение конденсаторов.

Теоретические сведения.

Электроемкостью системы из двух проводников (рис.34) называется физическая величина, определяемая как отношение заряда  одного из проводников к разности потенциалов между ними:

В системе СИ единица электроемкости называется фарад (Ф): 

Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого выражается соотношением:

Электроемкость плоского конденсатора: 

Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз: 

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 1.6.3) напряжения на конденсаторах одинаковы: U₁ = U₂ = U, а заряды равны q₁ = С₁U и q₂ = C₂U. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C, заряженный зарядом q = q₁ + q₂ при напряжении между обкладками равном U. Отсюда следует: 

 При последовательном соединении (рис. 1.6.4) одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q₁ = q₂ = q, а напряжения на них равны  и  

Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U₁ + U₂. Следовательно, 

Энергия электрического поля:

Контрольные вопросы.

1. Что такое электроемкость уединенного проводника, от чего она зависит?

2.Чему равна электроемкость плоского конденсатора?

3.Как рассчитать электроемкость батареи при параллельном и последовательном соединениях конденсаторов?

4. Чему равна энергия отдельного проводника и энергия заряженного конденсатора?

Задание 1. Выполните экспериментальное задание.

Цель: научиться определять емкость конденсаторной батареи, заряд и энергию, запасаемую электрическим полем конденсатора; познакомиться с практическим применением конденсаторов.

Оборудование: конденсаторы ёмкостью 10мкФ, 4мкФ, реостат (15 Ом, 5А); ключ; амперметр; выпрямитель ВС 4 – 12; соединительные провода.

Ход работы:

1.      Внимательно изучите рисунок 35.

2.                  Соберите электрическую цепь по рисунку 36.

3.                  Начертите схему собранной цепи.

4.                  Ответьте на вопросы:

-                   Как соединены конденсаторы на схеме?

-                   Как определяется ёмкость конденсаторной батареи при последовательном соединении?

-                   Как определяется ёмкость конденсаторной батареи при параллельном соединении?

5.                  Запишите формулу для расчёта энергии заряженного конденсатора

6.                  Определите электроёмкость конденсаторной батареи.

7.                  Из закона Ома для участка цепи I =   выразите напряжение.

8.                  Определите цену деления амперметра.

9.                  Измерьте силу тока.

10.              Зная сопротивление реостата (смотри рисунок), найдите напряжение на реостате.

11.              Как соединены реостат и конденсаторная батарея?

12.              Найдите напряжение на конденсаторной батарее.

13.              Рассчитайте электрический заряд на:

-                   конденсаторной батарее по формуле q= C·U

-                   на первом конденсаторе по формуле q₁= C₁·U

-                   на втором конденсаторе по формуле q₂= C₂·U

14.              Определите энергию каждого конденсатора.

Ответьте на вопросы:

-                   Почему следует осторожно обращаться с обесточенными цепями, в которых могут быть заряженные конденсаторы?

-                   Конденсатор подключён к источнику напряжения. Разрядиться ли конденсатор, если:

А) отсоединить любую обкладку от источника;

Б) отсоединить обе обкладки от источника;

В) заземлить любую обкладку, не отключая конденсатор от источника;

Г) заземлить любую обкладку, отключив конденсатор от источника;

Д) отключить конденсатор от источника, замкнуть проводником его обкладки.

Задание 2. Решите задачи.

1.Площадь каждой пластины плоского конденсатора 401 см². Заряд пластин        1,42 мкКл. Найти напряжённость поля между пластинами.

2. На конденсаторе написано: 100 пФ; 300В. Можно ли использовать этот конденсатор для накопления заряда 50нКл?

3. Во сколько раз изменится ёмкость конденсатора при уменьшении рабочей площади пластин в 2 раза и уменьшении расстояния между ними в 3 раза?

4. Найти  ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух круглых пластин диаметром 20 см, разделённых парафиновой прослойкой 1 мм.

5.Конденсатору ёмкостью 10 мкФ сообщили заряд 4 мкКл. Какова энергия заряженного конденсатора?

6.Четыре одинаковых конденсатора соединены в одном случае   параллельно, в другом — последовательно. В каком случае емкость этой группы конденсаторов больше и во сколько раз?

7.Два конденсатора емкости 2 и 1 мкФ соединены последовательно и присоединены к полюсам батареи с напряжением 120 В. Каково напряжение между обкладками первого и между обкладками второго конденсатора?

8. Какой заряд нужно сообщить батарее из двух лейденских банок емкости 0,0005 и 0,001 мкФ, соединенных параллельно, чтобы зарядить ее до напряжения 10 кВ?