Читайте также:
|
МАУК «Краеведческий музей» городского округа города Райчихинск
18.00 – 23.00 – зал №1, дегустация кулинарных изделий от спонсора; продажа сувениров: магнитов, открыток, карманных календарей с видами города, возможность самостоятельного прослушивания виниловых пластинок советского периода
18.00 –19.00 – зал №3, Выставка-распродажа вышивки крестиком «Райский сад», Театрализованное представление «Карлсон рассказывает о Дне народного единства»
19.00 – 20.00 – зал №3, песня и инструментальная гитарная музыка от музыканта Куриленко Дмитрия
19.00 – 20.00 – зал №1, два мастер-класса «Каллиграфия. Учимся писать плакатными перьями» + «Изготовление домовёнка и символа предстоящего года»
20.00 – 21.00 – зал №1, Экскурсия по экспозиции «История города Райчихинска, зал №3, экскурсия по выставке-распродаже вышивки крестиком «Райский сад»
Вход: 50 рублей
Тема. Електроємність. Енергія електричного поля
Мета: формувати уявлення учнів про електричне поле і його властивості; дати поняття про напруженість електричного поля.
Тип уроку: ознайомити учнів з поняттям електричної ємності провідника.
ХІД УРОКУ
З якою силою взаємодіють два заряда по 10 нКл, що знаходяться на відстані 3 см один від одного?
Робота під час переміщення заряду в електричному полі
Розглянемо переміщення заряду q із точки а в точку b в електростатичному полі, створюваному зарядами q1 і q2(див. рисунок). Очевидно, що під час переміщення заряду q0 із точки а в точку b й назад була виконана робота, що дорівнює:
А = А1 + А2 (1).
Оскільки заряд q повернувся у вихідну точку, то система зарядів залишилася незмінною, а отже, і поле залишилося незмінним. Кожне певне поле має певну енергію. Енергія в цьому випадку залишилася незмінною, а оскільки робота є мірою зміни енергії, то сумарна робота дорівнює нулю: А = 0 (2).
Умови (1) і (2) поєднувані лише за умови, що
А1 = А2 = А3
Аналогічні міркування можливі й у випадку, якщо переміщати заряд q із точки а в точку b й назад по інших траєкторіях. На підставі вищевикладених міркувань можна зробити висновки:
1) робота в електростатичному полі не залежить від форми траєкторії, а залежить тільки від положення точок у полі, між якими переміщується заряд;
2) робота для будь-якого замкнутого контуру в електростатичному полі дорівнює нулю.
2. Енергетична характеристика електричного поля
Визначимо енергетичну характеристику поля аналогічно до того, як ми визначали силову характеристику поля (напруженість). З курсу механіки відомо, що зміна потенціальної енергії ΔWр пов’язана з виконаною системою роботою А співвідношенням ΔWр = -А (знак «мінус» означає, що якщо система виконує позитивну роботу, то її потенціальна енергія зменшується, а якщо негативну — то збільшується).
Оскільки сила, що діє з боку поля на заряд, пропорційна величині цього заряду, то й робота, виконувана полем під час переміщення заряду, також пропорційна величині заряду. А оскільки робота дорівнює зміні потенціальної енергії зі зворотним знаком, то й потенціальна енергія заряду в поле пропорційна до величини заряду. Отже, відношення потенціальної енергії заряду до заряду не залежить від величини заряду й тому характеризує власне поле.
Ø Відношення потенціальної енергії Wp заряду q, поміщеного в певну точку поля, до цього заряду називається потенціалом електростатичного поля в цій точці:
(переписать формулу)
Але фізичний зміст має не власне потенціальна енергія, а тільки зміна потенціальної енергії ΔWр: саме вона пов’язана з виконаною роботою співвідношенням ΔWр = -А.
Відповідно до цього й фізичний зміст має не власне потенціал поля, а різниця потенціалів між певними точками. Знайдемо, як вона пов’язана з роботою поля під час переміщення заряду між цими точками.
Нехай заряд q переміщується із точки 1 у точку 2. Позначимо потенціали поля в цих точках φ1 і φ2. Тоді різниця потенціалів між цими точками — це φ1 - φ2. Відповідно до визначення потенціалу, потенціальна енергія заряду в цих точках 
Зміна потенціальної енергії під час переміщення заряду із точки 1 в точку 2 дорівнює 
Тому виконана полем над зарядом робота 
Виходить, що
Ø різниця потенціалів між двома точками дорівнює відношенню роботи поля під час переміщення заряду з початкової точки в кінцеву до цього заряду:
(переписать формулу)
Різницю потенціалів називають також напругою й позначають U. У СІ роботу виражають у джоулях, а заряд — у кулонах. Тому різниця потенціалів між двома точками поля дорівнює 1 В, якщо під час переміщення заряду в 1 Кл із однієї точки в іншу електричне поле виконує роботу в 1 Дж.
(переписать формулу)
3. Принцип суперпозиції
Із принципу суперпозиції випливає, що потенціал електричного поля системи зарядів дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів полів, створених кожним із зарядів:
4. Зв'язок між різницею потенціалів і напруженістю
Нехай позитивний пробний заряд q переміщується в однорідному електростатичному полі напруженістю 
в напрямку силових ліній. Тоді на заряд з боку поля діє сила q , напрямлена уздовж переміщення. Отже, під час переміщення на відстань d поле виконує роботу А = qEd.
Ця робота пов’язана з різницею потенціалів співвідношенням 
Підставляючи сюди знайдений вираз для роботи А, одержуємо, що 
тобто
Ø напруженість електричного поля дорівнює різниці потенціалів, що припадає на одиницю довжини уздовж лінії напруженості.
5. В кожного провідника потенціал змінюється пропорційно заряду, а відношення заряду до потенціалу q/φ для даного провідника — величина постійна, яка залежить від його розмірів і форм і називається електроємністю провідника:
(переписать формулу)
Аналогічно, у кожній з посудин висота змінюється пропорційно об’єму налитої рідини, але відношення об’єму рідини до висоти також є величиною постійною, що характеризує властивість посудини — її ємність і дорівнює площі її поперечного перерізу:
Ø Отже, відношення заряду q відокремленого провідника до його потенціалу φ, тобто величину називають електроємністю цього провідника.
6. Одиниці електроємності
Одиницею електроємності в СІ є [С] = 1 Кл/1 В = 1 Ф. На честь англійського фізика М. Фарадея ця одиниця названа фарадом.
Ø 1 фарад — ємність провідника, у якого зміна заряду на 1 Кл спричиняє зміну потенціалу на 1 В.
Для практичних цілей використовують малі частинки фарада: 1 мкФ = 10-6 Ф; 1 пФ = 10-12 Ф.
7. Конденсатори
Величина електроємності залежить від форми й розмірів провідників і від властивостей діелектрика, що розділяє провідники. Існують такі конфігурації провідників, за яких електричне поле виявляється зосередженим (локалізованим) лише в деякій області простору. Такі системи називаються конденсаторами, а провідники, що входять до складу конденсатора, називаються обкладками.
Конденсатор — це два провідники, що мають рівні й протилежні за знаком заряди, причому конфігурація провідників така, що створюване ними поле зосереджено в основному між провідниками.
Чим більша ємність, тим більший заряд можна помістити на обкладки конденсатора за тієї ж різниці потенціалів між ними. Виходить, електроємність характеризує здатність двох провідників накопичувати електричний заряд.
Найпростіший конденсатор — система із двох плоских провідних пластин, розташованих паралельно один до одного на малій порівняно з розмірами пластин відстані й розділених шаром діелектрика. Такий конденсатор називається плоским.
Електроємність плоского конденсатора визначають виразом:
де S — площа кожної пластини, a d — відстань між пластинами. Величину ε0 називають електричною сталою:
8. Енергія електричного поля
Якщо на обкладках конденсатора електроємністю С розміщено електричні заряди +q й -q, то напруга між обкладками конденсатора дорівнює: U = q/С. Під час розряджання конденсатора напруга між його обкладками убуває прямо пропорційно заряду q від первинного значення U до 0.
U=q/c
Для роботи А, здійснюваної електричним полем під час розряджання конденсатора, будемо мати:
Отже, потенціальна енергія Wp конденсатора електроємністю С, зарядженого до напруги U, дорівнює:
Енергія конденсатора обумовлена тим, що електричне поле між його обкладками має енергію. Напруженість Е поля пропорційна до напруги U, тому енергія електричного поля пропорційна до квадрата його напруженості.
Отже, ми знайшли, чому дорівнює енергія зарядженого конденсатора, розглядаючи її як потенціальну енергію заряджених пластин. Де ж зосереджена ця енергія? Розводячи пластини конденсатора, ми виконуємо роботу, збільшуючи об’єм простору, який займає електричне поле. Тому потенціальна енергія взаємодії заряджених пластин — це енергія електричного поля, тому що це поле виникло саме під час розведення пластин.
1. Електричний струм
Відповідно до електронної теорії, у тілах є вільні електрони, рухом яких пояснюють різні електричні явища. Ці електрони хаотично рухаються, подібно до молекул газу.
Якщо до провідника прикладено зовнішнє електричне поле, то на безладний тепловий рух вільних електронів накладається напрямлений рух під дією сил електричного поля — так званий дрейф електронів, що й обумовлює електричний струм.
Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 123 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |