Энергия электростатического поля - ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Цель: определить энергию заряженного конденсатора.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

1. Что называется конденсатором?

2. Дайте определение электроемкости.

3. Почему введение диэлектрика увеличивает электроемкость конденсатора?

4. Как зависит электроемкость плоского конденсатора от его геометрических размеров?

5. Во сколько раз увеличивается электроемкость конденсатора при введении диэлектрика?

II. Физический диктант. Конденсаторы

1. Способность проводника накапливать заряд называется ...?

2. В каких единицах измеряется электроемкость?

3. Как называется система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика?

4. Что понимают под зарядом конденсатора?

5. Где сосредоточенно электрическое поле конденсатора?

6. Как изменится емкость конденсатора, если между обкладками весь диэлектрик?

7. Зависит ли емкость конденсатора от его геометрических размеров?

Ответы: 1. ...электроемкостью. 2. В фарадах. 3. Конденсатором. 4. Модуль заряда одной из обкладок. 5. Внутри, между обкладками. 6. Увеличиться. 7. Да.

III. Изучение нового материала

Эксперимент

Зарядим конденсатор, затем подключим его к выводам электрической лампы. При подключении лампы наблюдается кратковременная вспышка света!

За счет какой энергии произошло нагревание спирали лампы?

В начале опыта суммарный электрический заряд на пластинах конденсатора перед началом опыта был равен нулю, он остается равным нулю и в конце опыта, когда исчезает электрическое поле между обкладками.

Электрическое поле обладает энергией, за счет нее произошла вспышка. Если на обкладках конденсатора электроемкость С находит одинаковые по модулю электрические заряды, то В процессе разрядки конденсатора убывает от Δε₀ до нуля.

или через напряженность

Разделим обе части на - плотность энергии электрического поля, т. е. энергия, содержащаяся в единице объема.

Впервые понятие плотности энергии электрического поля ввел Дж. Максвелл.

IV. Закрепление изученного

1. Опишите опыт, доказывающий, что электрическое поле между обкладками заряженного конденсатора обладает энергией?

2. Чему равна энергия заряженного конденсатора?

3. Чему равна плотность энергии электрического поля?

V. Соединение конденсаторов.

1. Параллельное соединение (рис. 179):

2. Последовательное соединение (рис. 180):

VI. Решение задач

1. Определите электроемкость конденсатора, для изготовления которого использовали ленту алюминиевой фольги длиной 157 см и шириной 90 мм. Толщина парафиновой бумаги 0,1 мм. Какая энергия запасена в конденсаторе, если он заряжен до рабочего напряжения 4 · 10² В? (Ответ: С = 25 · 10'³ мкФ, W - 2 мДж.)

2. Два шара, заряды которых 20 · 10^-8 Кл и 10'⁷ Кл, емкостями 2 пФ и 3 пФ, соединили проводниками. Определить заряды шаров после их соединения. (Ответ: q₂ - 18 · 10'⁸ Кл, q, = 12 · 10'⁸ Кл.)

3. Какую работу необходимо совершить для удаления диэлектрика с диэлектрической проницаемостью 6 из конденсатора, заряженного до разности потенциалов 1000 В. Площадь пластин 10 см², расстояние между ними 2 см. (Ответ: При отклонении от источника 6,6 · 10'⁶ Дж, при подключении к источнику -1,1 · 10'⁶ Дж.)

4. Воздушный конденсатор электроемкостью 250 мФ подключен к источнику, разностью потенциалов 100 В. Вычислите энергию конденсатора. Как измениться энергия конденсатора при заполнении пространства между пластинами веществом с диэлектрической проницаемостью е = 20? (Ответ: 1,25 · 10^-6 Дж, 2,5 · 10'⁶ Дж.)

Домашнее задание

П. 103, с. 268, задача 3.