Apresentação de física sobre o tema "Capacitor. Energia do campo eletrostático"

Seções: Física

Finalidade didática

1. Dê o conceito de capacidade elétrica de um condutor solitário e sua unidade; apresentar a estrutura de um capacitor de placa plana e os tipos de suas conexões.

2. Derive fórmulas para a capacidade elétrica de um condutor solitário, uma esfera, um capacitor plano, uma bateria de capacitores conectados em série e paralelo e a energia de um capacitor carregado.

3. Dê uma classificação dos capacitores em função do tipo de dielétrico que separa as placas e do valor da capacitância elétrica.

Finalidade educacional

Usando o exemplo da demonstração da descarga de faísca de um capacitor ou da descarga de um capacitor através de uma lâmpada incandescente, mostre que o campo elétrico possui energia e, portanto, é material.

Conhecimentos e habilidades básicas

1. Conhecer o significado físico de capacidade eléctrica, fórmulas de cálculo da capacidade eléctrica de um condutor solitário, de uma esfera, de um condensador plano, de uma bateria de condensadores ligados em paralelo e em série e saber aplicá-los na resolução de problemas.

2. Conhecer a fórmula de cálculo da energia de um condensador carregado e saber aplicá-la na resolução de problemas.

Sequência de apresentação do novo material

1. Capacidade elétrica do condutor. Unidades de capacidade elétrica.

2. Dependência da capacidade elétrica de um condutor de seu tamanho, forma e corpos circundantes.

3. Capacidade elétrica de uma bola metálica (esfera).

4. Capacitores. Sua estrutura, finalidade, carga e descarga, papel de um dielétrico. Classificação de capacitores.

5. Conexão em série de capacitores em uma bateria.

6. Conexão paralela capacitores para a bateria.

7. Energia de um capacitor carregado. Densidade volumétrica de energia do campo elétrico.

Equipamento

Dois eletrômetros, quatro esferas metálicas (de dois diâmetros), uma máquina eletroforizadora, dois suportes isolantes, um capacitor plano dobrável de demonstração, um capacitor variável de demonstração, um conjunto de capacitores (cerâmicos, de papel, de mica, eletrolíticos), um flash fotográfico, um elétrico lâmpada de 3,5 V e 0,28 A, fonte DC ou retificador alimentado AC, fios de conexão. Demonstrações

Dependência do potencial de um condutor isolado da quantidade de carga transmitida; dependência do potencial de um condutor solitário em seu tamanho na comunicação de cargas idênticas; dependência do potencial do condutor da presença de outros condutores; dependência da capacidade elétrica de um capacitor plano da área da placa, da distância entre as placas e do dielétrico que separa as placas; descarregar um capacitor através de uma lâmpada incandescente ou flash; dispositivo de vários tipos de capacitores.

Motivação da atividade cognitiva dos alunos

Hoje em dia, todos os alunos conhecem até certo ponto sobre capacitores. Os capacitores são amplamente utilizados em rádios, televisões, gravadores e muitos dispositivos eletrônicos. Os capacitores servem para armazenar cargas elétricas e energia elétrica. A capacidade de um capacitor de acumular e armazenar cargas elétricas é usada na tecnologia para produzir pulsos de corrente de curto prazo. grande força. Um exemplo desse uso de capacitor é o flash eletrônico usado na fotografia. Neste caso, o capacitor é descarregado através de uma lâmpada especial.

Plano de aula

Testando conhecimentos, habilidades e habilidades dos alunos

1. Informar aos alunos o resultado do ditado físico realizado na última aula; analisar erros típicos e grosseiros.

2. Entreviste oralmente quatro alunos sobre as seguintes tarefas:

Tarefa um:

1) Explique a natureza física da indução eletrostática. Por que a tensão dentro de um condutor colocado em um campo elétrico é igual a zero?

2) Escreva uma fórmula para a dependência da intensidade e da diferença de potencial de um campo elétrico uniforme.

3) Quanto mudará a energia cinética média do movimento caótico das moléculas de gás quando sua temperatura aumentar em 100 K? Resposta: ∆E k =2,07*10 -21 J.

Tarefa dois:

1) Explique a natureza física da polarização de dielétricos não polares. Por que a tensão dentro de um dielétrico colocado em um campo elétrico é menor que a intensidade do campo externo?

2) Escreva a fórmula para a intensidade do campo elétrico de um plano carregado.

3) Determine a energia térmica de 3,2 kg de oxigênio a uma temperatura de 127°C. Responder. ∆U=831kJ.

Tarefa três:

1) Explique a natureza física da polarização dos dielétricos polares. Por que uma capa de papel sem carga (dielétrica) é atraída por um corpo carregado?

2) Escreva a fórmula do potencial do campo elétrico de uma bola carregada. 31 Quanto variará a energia interna de 1,2 kg de carbono quando a temperatura diminuir 40°C? Responder. ∆U=49,86kJ.

Tarefa quatro:

1) Em quais dielétricos a polarização não depende da temperatura e em quais depende? Por que?

2) Por que, em equilíbrio, todo o excesso de carga de um condutor eletrificado está localizado em sua superfície?

3) Determine a pressão de 2 kg de oxigênio em um cilindro com capacidade de 0,4 m 3 a uma temperatura de 27°C. Responder,

p ≈ 0,39 MPa.

3. Verifique sua lição de casa. Perguntas adicionais para quem responder:

T. No. 958. Eletrifique uma vara de ebonite por fricção. Primeiro, basta tocar na bola do eletroscópio e depois mover o bastão sobre ela. O eletroscópio estava carregado igualmente em ambos os casos? (no segundo caso, o eletroscópio carregará mais, pois a carga não é retirada de um, mas de vários pontos da superfície da haste.)

T. No. 974. Qual é a intensidade do campo no centro de um anel de fio uniformemente carregado em forma de círculo? No centro de uma superfície esférica uniformemente carregada? (em ambos os casos a tensão é 0.)

T. Nº 986. Para desbastar o eletroscópio, muitas vezes basta tocá-lo com o dedo. O eletroscópio será descarregado se houver um corpo carregado isolado do solo próximo a ele (não, porque a carga de sinal oposto induzida pelo corpo permanecerá no eletroscópio).

T. Nº 987. Se você levar a agulha até o “sultão” carregado com a ponta, as folhas do sultão gradualmente começarão a descarregar. Por que? (Na agulha há uma carga de sinal oposto (o mesmo sinal vai para o solo na mão), que neutraliza a carga localizada nas folhas.)

Como é lida a lei de Coulomb?

Como é lida a lei da conservação da carga?

Que campo é chamado de campo elétrico?

Levantamento frontal

1. Qual é a magnitude da carga?

(Um excesso de cargas elétricas do mesmo sinal em qualquer corpo é chamado de magnitude da carga ou quantidade de eletricidade.)

2. Como é lida a lei da conservação da carga?

(As cargas elétricas não surgem nem desaparecem, mas apenas são redistribuídas entre todos os corpos participantes de um determinado fenômeno.)

3. Quais são os tipos de eletrificação?

4. Por que, ao despejar gasolina de um tanque para outro, ela pode pegar fogo se não forem tomadas precauções especiais?

(À medida que a gasolina flui para fora do tubo, ela fica tão eletrificada que ocorre uma faísca elétrica, acendendo-a.)

5. Leia a lei de Coulomb?

6. Por que os condutores para experimentos eletrostáticos são ocos?

(Porque as cargas estáticas estão localizadas apenas na superfície externa do condutor.)

7. Como chamamos constante dielétrica de um meio? (A quantidade que caracteriza a dependência da força de interação entre as cargas no meio ambiente é chamada e c.)

8. Por que os instrumentos para experimentos eletrostáticos não possuem pontas afiadas, mas terminam com superfícies arredondadas?

(Nas extremidades afiadas dos condutores há uma densidade de cargas tão alta que elas não ficam retidas no condutor e “drenam” dele.)

9. Qual campo é chamado de campo elétrico?

(O campo que transfere a influência de uma carga elétrica estacionária para outra carga estacionária de acordo com a lei de Coulomb é chamado de campo elétrico.)

10. O que chamamos de linha de tensão?

(Esta é uma linha com vetores de intensidade de campo direcionados tangencialmente a cada ponto.)

11. Propriedades das linhas de força?

12. Qual campo é chamado de homogêneo?

13. Como determinar o sinal de carga em um eletroscópio com um bastão e um pano de ebonite?

(O sinal da carga do eletroscópio será negativo se, ao toque de uma vara de ebonite eletrificada, as folhas divergirem para um ângulo maior.)

14. Como mudará a força de interação entre duas cargas pontuais se o tamanho de cada carga aumentar quatro vezes e a distância entre as cargas for reduzida à metade?

(Ampliar 64 vezes.)

15. Como chamamos o potencial de campo de um determinado ponto? (A característica energética do campo elétrico em um determinado ponto é chamada de potencial de campo em um determinado ponto.)

16. Fórmula para determinar φ, E?

Analise as respostas dos alunos, comente e avalie.

O capacitor plano mais simples consiste em duas placas paralelas idênticas (chamadas placas), localizadas a uma pequena distância uma da outra e separadas por uma camada dielétrica. As placas são alimentadas com cargas da fonte de energia que são iguais em magnitude, mas de sinais opostos. Assim, surge uma diferença de potencial entre as placas. Todo o campo elétrico está concentrado dentro do capacitor e é uniforme.

A principal característica de um capacitor é a capacitância elétrica (capacidade elétrica), que é designada pela letra C. A capacidade elétrica é uma grandeza física que caracteriza a capacidade de dois condutores acumularem uma carga elétrica. A unidade SI de capacitância elétrica leva o nome do grande cientista Michael Faraday e é chamada de farad. Um farad é um valor muito grande, então na prática eles usam μF, nF, pF.

A capacidade elétrica de dois condutores é a razão entre a carga do condutor e a diferença de potencial entre eles. A capacidade elétrica não depende nem da carga transmitida aos condutores nem da diferença de potencial que surge entre eles. A capacitância de um capacitor é determinada pelas dimensões geométricas dos condutores, forma, localização e, claro, pela constante dielétrica do meio. A capacidade elétrica de dois condutores é a razão entre a carga do condutor e a diferença de potencial entre eles. A capacidade elétrica não depende nem da carga transmitida aos condutores nem da diferença de potencial que surge entre eles. A capacitância de um capacitor é determinada pelas dimensões geométricas dos condutores, forma, localização e, claro, pela constante dielétrica do meio.

Para carregar um capacitor, deve-se realizar trabalho para separar as cargas positivas e negativas. De acordo com a lei da conservação da energia, este trabalho é igual à energia do capacitor. Para carregar o capacitor, é necessário realizar um trabalho para separar as cargas positivas e negativas. De acordo com a lei da conservação da energia, este trabalho é igual à energia do capacitor

Âmbito de aplicação: 1) engenharia de rádio e engenharia elétrica 1) engenharia de rádio e engenharia elétrica 2) em equipamentos fotográficos, o conhecido photoflash. 2) em equipamentos fotográficos todo mundo conhece o flash. 3) em tecnologia laser. 3) em tecnologia laser. 4) nos elementos da memória do computador e no seu computador favorito. Afinal, sob a capa de números e símbolos em um teclado de computador existem capacitores. 4) nos elementos da memória do computador e no seu computador favorito. Afinal, sob a capa de números e símbolos em um teclado de computador existem capacitores. 5) o capacitor encontrou aplicação na medição da umidade do ar e da madeira, 5) o capacitor encontrou aplicação na medição da umidade do ar e da madeira, 6) em um sistema de proteção contra curto-circuito. 6) no sistema de proteção contra curto-circuito.

Diapositivo 1

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A apresentação sobre o tema “Capacidade elétrica e capacitores” pode ser baixada de forma totalmente gratuita em nosso site. Tema do projeto: Física. Slides e ilustrações coloridas ajudarão você a envolver seus colegas ou público. Para visualizar o conteúdo, utilize o player, ou se quiser baixar o relatório, clique no texto correspondente abaixo do player. A apresentação contém 13 slide(s).

Slides de apresentação

Diapositivo 1

Diapositivo 2

Seções - Capacidade elétrica

Capacitores e seus tipos

Capacitância elétrica de um capacitor plano

Energia de um capacitor carregado

Energia do campo elétrico

Aplicação de capacitores

Unidades de capacidade elétrica

Diapositivo 3

Capacidade elétrica

Com qualquer método de carregamento de corpos - usando fricção, máquina eletrostática, célula galvânica, etc. – corpos inicialmente neutros ficam carregados devido ao fato de algumas das partículas carregadas se moverem de um elemento para outro. Normalmente essas partículas são elétrons. Quando dois condutores são carregados, por exemplo, de uma máquina eletrostática, um deles adquire carga de +|q|, e o outro -|q|. Um campo elétrico aparece entre os condutores e surge uma diferença de potencial (tensão). À medida que a tensão aumenta, o campo elétrico entre os condutores aumenta. Num campo elétrico forte (em alta tensão), um dielétrico (por exemplo, ar) torna-se condutor. Ocorre a chamada ruptura dielétrica: uma faísca salta entre os condutores e eles são descarregados. Quanto menos a tensão entre os condutores aumenta com o aumento de suas cargas, mais carga pode ser acumulada neles. A capacidade elétrica é uma quantidade física que caracteriza a capacidade de dois condutores acumularem uma carga elétrica. A tensão U entre dois condutores é proporcional às cargas elétricas que estão nos condutores (em um +|q|, e no outro -|q|).

Diapositivo 4

Na verdade, se as cargas duplicarem, a intensidade do campo elétrico se tornará 2 vezes maior, portanto, o trabalho realizado pelo campo ao mover a carga aumentará 2 vezes, ou seja, A tensão aumentará 2 vezes. Portanto, a razão entre a carga q de um dos condutores e a diferença de potencial entre este condutor e o vizinho não depende da carga. É determinado pelas dimensões geométricas dos condutores, sua forma e posição relativa, bem como as propriedades elétricas do ambiente. A capacidade elétrica de dois condutores é a razão entre a carga de um dos condutores e a diferença de potencial entre este condutor e o vizinho:

Quanto menor for a tensão U quando as cargas +|q| e -|q|, maior será a capacidade elétrica dos condutores. Grandes cargas podem ser acumuladas nos condutores sem causar ruptura dielétrica. Mas a capacidade elétrica em si não depende das cargas transmitidas aos condutores nem da tensão resultante.

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Diapositivo 5

Unidades de capacidade elétrica

A capacidade elétrica de dois condutores é igual a um se, quando cargas +1 C e -1 C são transmitidas a eles, surge uma diferença de potencial de 1 V entre eles. Esta unidade é chamada de farad (F); 1F = 1 C/V. Como a carga de 1 C é muito grande, a capacidade de 1F é muito grande. Portanto, na prática, frações desta unidade são frequentemente utilizadas: microfarad (μF) -10(-6)F e picofarad (pF) - 10(-12)F.

Diapositivo 6

Capacitores e seus tipos

Capacitores são dispositivos constituídos por dois condutores isolados um do outro, localizados próximos um do outro. Os condutores neste caso são chamados de placas capacitivas. Independentemente do formato dos condutores, eles são chamados de placas capacitivas.

O capacitor mais simples consiste em duas placas planas paralelas localizadas a uma pequena distância uma da outra. Se as cargas das placas forem idênticas em magnitude e de sinais opostos, então as linhas de campo elétrico começam na placa carregada positivamente

O capacitor termina com carga negativa. Portanto, quase todo o campo elétrico está concentrado dentro do capacitor. Para carregar um capacitor, é necessário conectar suas placas aos pólos de uma fonte de tensão, por exemplo, aos pólos de uma bateria. A carga de um capacitor é entendida como o valor absoluto da carga de uma das placas.

Diapositivo 7

Dependendo da sua finalidade, os capacitores têm designs diferentes. Um capacitor de papel técnico convencional consiste em duas tiras de folha de alumínio, isoladas uma da outra e do invólucro metálico por tiras de papel impregnadas com parafina. As tiras e fitas são enroladas firmemente em um pequeno pacote. Na engenharia de rádio, capacitores de capacidade elétrica variável são amplamente utilizados. Tal capacitor consiste em dois sistemas de placas metálicas,

que, quando a alça é girada, podem se encaixar. Nesse caso, as áreas das partes sobrepostas das placas e, conseqüentemente, sua capacidade elétrica mudam. O dielétrico nesses capacitores é o ar. Um aumento na capacidade elétrica reduzindo a distância entre as placas é conseguido em capacitores eletrolíticos. O dielétrico neles é uma fina película de óxidos,

cobrindo um dos pratos (uma tira de papel alumínio). A segunda capa é papel embebido em solução eletrolítica.

Diapositivo 8

Capacitância elétrica de um capacitor plano

O campo criado por uma placa condutora carregada infinita com densidade de carga s é igual a E = s /(2 e 0).

Assim, se os efeitos de borda forem desprezados, o campo entre as placas de um capacitor de placas paralelas é uniforme. A precisão desta afirmação é maior quanto maior for o tamanho das placas em relação à distância entre elas. Usando a fórmula U = Ed, obtemos:

Desde | e | = q/S, onde S é a área da placa, então a intensidade do campo entre as placas é igual a:

Se aproximarmos duas placas condutoras, cujas dimensões são muito maiores que a distância entre elas, e as conectarmos a uma fonte de tensão, podemos assumir que o campo criado por cada uma das placas coincide aproximadamente com o campo de uma placa infinita. Então dentro do capacitor plano resultante (entre as placas) o campo será igual à soma dos campos criados por cada placa:

Diapositivo 9

Conexão em série de capacitores:

Conexão paralela de capacitores:

Diapositivo 10

Energia de um capacitor carregado

Para carregar um capacitor, deve-se realizar trabalho para separar as cargas positivas e negativas. De acordo com a lei da conservação da energia, este trabalho é igual à energia do capacitor. O fato de um capacitor carregado ter energia pode ser verificado descarregando-o através de um circuito contendo uma lâmpada incandescente classificada para uma tensão de vários volts. Quando o capacitor descarrega, a lâmpada

inflama. A energia do capacitor é convertida em outras formas: calor, luz. A intensidade do campo criado pela carga de uma das placas é igual a E/2, onde E é a intensidade do campo no capacitor. Num campo uniforme de uma placa existe uma carga q distribuída pela superfície da outra placa. Como Ed=U, onde U é a diferença de potencial entre as placas do capacitor, sua energia é igual a:

Essa energia é igual ao trabalho que o campo elétrico realizará quando as placas forem aproximadas.

Diapositivo 11

Energia do campo elétrico

Segundo a teoria da ação de curto alcance, toda a energia de interação entre corpos carregados está concentrada no campo elétrico desses corpos. Isso significa que a energia pode ser expressa através da principal característica do campo – a intensidade. Como a intensidade do campo elétrico é diretamente proporcional à diferença de potencial (U=Ed), então de acordo com a fórmula: a energia do capacitor é diretamente proporcional à intensidade do campo elétrico dentro dele.

Diapositivo 12

Aplicação de capacitores

A energia de um capacitor geralmente não é muito alta - não mais que centenas de joules. Além disso, não é preservado devido ao inevitável vazamento de carga. Portanto, capacitores carregados não podem substituir, por exemplo, baterias como fontes de energia elétrica. Os capacitores podem armazenar energia por um período mais ou menos longo e, quando carregados através de um circuito de baixa resistência, liberam energia quase instantaneamente. Esta propriedade é amplamente utilizada na prática. Uma lâmpada de flash usada em fotografia é alimentada por choque elétrico descarga de um capacitor, pré-carregado por uma bateria especial. A excitação de fontes de luz quântica – lasers – é realizada por meio de um tubo de descarga de gás, cujo flash ocorre quando um banco de capacitores de grande capacidade elétrica é descarregado. No entanto, os capacitores são usados ​​principalmente em engenharia de rádio...

Dicas para fazer uma boa apresentação ou relatório de projeto

1. Procure envolver o público na história, estabeleça interação com o público por meio de perguntas norteadoras, uma parte do jogo, não tenha medo de brincar e sorrir sinceramente (quando for o caso).
2. Tente explicar o slide com suas próprias palavras, acrescentando Fatos interessantes, você não precisa apenas ler as informações dos slides, o próprio público pode lê-las.
3. Não há necessidade de sobrecarregar os slides do seu projeto com blocos de texto; mais ilustrações e um mínimo de texto transmitirão melhor as informações e atrairão a atenção. O slide deve conter apenas informações importantes; o resto é melhor contado ao público oralmente.
4. O texto deve ser bem legível, caso contrário o público não conseguirá ver a informação apresentada, ficará muito distraído da história, tentando pelo menos decifrar alguma coisa, ou perderá completamente o interesse. Para isso, é necessário escolher a fonte correta, levando em consideração onde e como a apresentação será transmitida, e também escolher a combinação certa de fundo e texto.
5. É importante ensaiar o seu relato, pensar em como você vai cumprimentar o público, o que vai dizer primeiro e como vai encerrar a apresentação. Tudo vem com experiência.
6. Escolha a roupa certa, porque... as roupas do orador também desempenham um papel Grande papel na percepção de seu desempenho.
7. Tente falar com confiança, suavidade e coerência.
8. Tente aproveitar a apresentação, assim você ficará mais tranquilo e menos nervoso.

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