🗊Технологический колледж сервиса Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Уральс

Технологический колледж сервиса Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Южно-Уральский Государственный Университет Конденсатор Технологический колледж сервиса ГОУ ВПО «ЮУрГУ» Автор: Политова Юлия Владимировна Научный руководитель: Костюк Виктор Сергеевич, преподаватель физики высшей категории. г.Челябинск 2009/2010 учебный год

Конденсатор Автор: Политова Юлия Владимировна Исследовательская работа

ЦЕЛЬ: 1) исследовать зависимость электроемкости плоского конденсатора от площади пластин, 2) исследовать зависимость электроемкости плоского конденсатора от наличия диэлектрика, 3) исследовать зависимость электроемкости плоского конденсатора от расстояния между пластинами конденсатора.

ПЛАН ИССЛЕДОВАНИЯ: Изучить литературу по теме: конденсатор, электроемкость конденсатора. Теоретическое обоснование темы. Назначение и правила пользования приборами. Изучение устройства и принципа действия а) электроскопа, б) плоского конденсатора. Повторение основных положений техники безопасности. Выполнение исследовательской работы по плану. Обсуждение результатов эксперимента. Подведение итогов работы. Ознакомление с различными типами конденсаторов. Оформление отчета по исследовательской работе.

ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ: Электроскоп из набора по электростатике. Пластины разборного конденсатора. Диэлектрические пластины (плексиглас, эбонит, стекло). Штатив с муфтой и лапкой. Соединительные провода. Линейка из органического стекла (плексигласа). Шелковая ткань.

ДИСКИ КОНДЕНСАТОРА

ЭЛЕКТРОСКОП

ЭБОНИТОВАЯ ПЛАСТИНА

УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ. Взаимной элекроемкостью двух проводников называется физическая величина, численно равная заряду q, который необходимо перенести с одного проводника на другой для того, чтобы изменить на единицу разность потенциалов между ними: , где: С - электроемкость плоского конденсатора, - потенциал нижней пластины конденсатора, - потенциал верхней пластины конденсатора, U - напряжение между пластинами (обкладками) конденсатора, U - разность потенциалов (напряжение между пластинами), Плоский конденсатор представляет собой две параллельные плоские пластины (обкладки), заряженные одинаковыми по абсолютному значению, но разноименными зарядами. Пластины (обкладки) конденсатора имеют площадь S, находятся на расстоянии d друг от друга. Между обкладками конденсатора расположен диэлектрик (воздух, органическое стекло, эбонит) с относительной диэлектрической проницаемостью .

Порядок выполнения исследования Подготовительный этап. Подготовить экспериментальную установку к проведению исследовательской деятельности: 1) поставить электроскоп в центре лабораторного стола, 2) первый диск укрепить на центральном стержне электрометра, 3) второй диск прикрепить к лапке штатива, 4) корпус электрометра соединить проводом со вторым диском и заземлить. 5) расположить диски на расстоянии 5 сантиметров так, чтобы их центры были на одной прямой, проведенной через ось стержня электрометра. 6) получить разрешение преподавателя на проведение опытов. Основной этап. 1) Ослабить зажим лапки штатива так, чтобы можно было без больших усилий опускать (поднимать) второй диск конденсатора. 2) Взять в руку линейку, осуществить электризацию путем трения шелковой ткани об оргстекло. 3) Зарядить нижнюю пластинку конденсатора, прикоснувшись к стержню электроскопа наэлектризованной линейкой. Верхняя пластинка приобретет электрический заряд равный по величине, но противоположный по знаку. Конденсатор заряжен. Установка готова для проведения опытов.

Опыт № 1. 1) Уменьшаем расстояние d между пластинами конденсатора, медленно приближая верхний диск к нижнему диску. 2) Наблюдаем за показаниями стрелки электрометра, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается), 3) Записываем в таблицу № 1 результат наблюдения. 4) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью конденсатора С (увеличивается или уменьшается).

ОПЫТ №1

УМЕНЬШАЕМ РАССТОЯНИЕ

Таблица №1

Опыт № 2. 1)Увеличиваем расстояние d между пластинами конденсатора, медленно поднимая верхний диск. 2) Наблюдаем за показаниями стрелки электрометра, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается). 3) записываем в таблицу № 1 результат наблюдения. 4) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается). 5) Анализируя результаты опытов и наблюдений, записываем в таблицу № 1 вывод о том, какая зависимость существует между электроемкостью конденсатора С и расстоянием d (прямая пропорциональная зависимость или обратная пропорциональная зависимость).

ОПЫТ №2

РАЗДВИГАЕМ ПЛАСТИНЫ

Опыт № 3. 1) Устанавливаем расстояние d между пластинами конденсатора d 5 миллиметров. 2) Замечаем положение стрелки электрометра. 3) Осторожно вводим эбонитовую пластинку (диэлектрик) между обкладками конденсатора. 4) Отмечаем новое положение стрелки электрометра. 5) Записываем в таблицу № 2, как изменилось напряжение U (увеличивается или уменьшается). 6) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается). 7) Вынимаем из конденсатора эбонитовую пластинку, возвращаем на прежнее место.

ОПЫТ №3

Таблица №3

Опыт №4. 1) Расстояние между обкладками конденсатора остается без изменения. (Расстояние между пластинами конденсатора d = 2 сантиметра). 2) Замечаем положение стрелки электрометра. 3) Наблюдая за показаниями стрелки электрометра, сдвигаем верхнюю обкладку конденсатора, уменьшая площадь взаимного перекрытия пластин. 4) Замечаем новое положение стрелки электрометра. 5) Записываем в таблицу № 3, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается) 6) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается). 7) Анализируя результаты опытов и наблюдений, записываем вывод о том, какая зависимость существует между электроемкостью конденсатора С и величиной площади S (обратная пропорциональная зависимость или прямая пропорциональная зависимость).

Опыт №4

УМЕНЬШАЕМ ПЛОЩАДЬ

Опыт № 5. 1) Расстояние между обкладками конденсатора остается без изменения. (Расстояние между пластинами конденсатора d = 2 сантиметра). 2) Замечаем положение стрелки электрометра. 3) Наблюдая за показаниями стрелки электрометра, сдвигаем верхнюю обкладку конденсатора, увеличивая площадь взаимного перекрытия пластин. 4) Замечаем новое положение стрелки электрометра. 5) Записываем в таблицу № 3, как изменяется напряжение U (увеличивается или уменьшается) 6) Используя формулу , записываем вывод о том, что происходит с электроемкостью С конденсатора (увеличивается или уменьшается). 7) Анализируя результаты опытов и наблюдений, записываем вывод о том, какая зависимость существует между электроемкостью конденсатора С и площадью взаимного перекрытия пластин S (обратная пропорциональная зависимость или прямая пропорциональная зависимость).

Опыт №5

УВЕЛИЧИВАЕМ ПЛОЩАДЬ

Таблица №4

Результаты исследования. Студенты обсуждают результаты своих исследований, выдвигают гипотезы, высказывают свои мысли и приходят к обобщенному выводу: какая связь существует между электроемкостью С и параметрами плоского конденсатора такими как площадь пластин S, относительная диэлектрическая проницаемость , расстояние между обкладками конденсатора d. Они записывают свой вывод, используя символические обозначения С, S , е , d. Преподаватель предлагает исследователям записать формулу плоского конденсатора, используя электрическую постоянную (значение электрической постоянной извлекают из справочника).

Практическое применение исследования. Применить полученную формулу для расчета электроемкости плоского конденсатора, используемого в этом эксперименте ( начертить таблицу, самостоятельно измерить параметры конденсатора, выписать из справочника значение относительной диэлектрической проницаемости эбонита, расчеты произвести в международной системе С И , заполнить таблицу). Студенты оформляют работу в электронном варианте и записывают на лазерный диск. Примечание. Исследовательская работа осуществлена группой студентов первого курса, обучающихся по профессии операторы вычислительной техники под руководством преподователя физики.

Таблица для записи экспериментальных данных

ВЫВОД: Электроемкость плоского конденсатора равна 16,4 пф (пикофарады).

Заключение Обрабатывая результаты исследований, ученики должны записать вывод: электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости, прямо пропорциональна площади пластин, обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. В символической форме это будет выглядеть так

Литература: Касьянов В.А. Физика 10 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2003. Энциклопедия для детей. Техника. – М.: Аванта +, 2001. Пёрышкин А.В., Гутник Е.М. Физика 9 кл.: Учебник для общеобразовательных учреждений.- М.: Дрофа, 2002. Перельман Я.И. Знаете ли вы физику? – М.: ВАП, 1994. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2001. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. – М.: Издательство «Наука» Главная редакция физико-математической литературы. 1977.