22. 3.2.3. Енергія заряджених тіл

Електричне і магнітне поля мають енергію, яка накопичу­ється в утворенні заряду електричною системою або в утворенні струму електромагнітною системою.

 Під час заряджання конденсатора енергія накопичується у ви­гляді енергії електричного поля й може бути повернена джерелу в процесі перетворення на інший вид енергії.

Вираження енергії через характеристики конденсатора

Заряд конденсатора утворюється перенесенням заряджених частинок з однієї обкладки на іншу під дією зовнішнього джерела енергії. Робота, яка виконується під час перенесення одиниці заряду, чисельно дорівнює напрузі між обкладками.

Якби напруга в процесі зарядження не змінювалась, то енергію можна було б визначити добутком напруги і заряду. Проте в процесі накопичування заряду зростає й напруга, тому у визначенні енергії, витраченої на утворення заряду, враховується залежність між - напругою і зарядом.

Для того щоб зарядити конденсатор, потрібно виконати роботу, що витрачається на розділення додатніх та від’ємних зарядів. Згідно із законом збереження енергії, ця робота дорівнює енергії конденсатора. У тому, що заряджений конденсатор має енергію, можна впевнитися, якщо розрядити його через коло, що містить лампу розжарення, розраховану на напругу в кілька вольтів.

Рис. 3.10. Обкладки конденсатора і електричне коло з конденсатором

У процесі розряджання конденсатора лампа засвічується (рис. 3.10).

Енергія конденсатора перетворюється в інші форми: теплову, світлову.

Виведемо формулу для енергії  плоского конденсатора. Напруженість поля, створеного зарядом  однієї з пластин, дорівнює Е/2, де Е – напруженість поля в конденсаторі. В  однорідному полі однієї пластини є заряд q, розподілений уздовж поверхні другої пластини. Згідно з формулою W_p  = qЕ d,  для потенціальної енергії заряду в однорідному полі енергія конденсатора дорівнює: W_p = qЕ/2d, де d – відстань між пластинами конденсатора, q – заряд конденсатора.

  Оскільки Е d = U, де U – різниця потенціалів між обкладками конденсатора, то його енергія дорівнює:

; .

3.3. Постійний електричний струм

Актуалізація опорного рівня обізнаності:

1 (РГ). Розказати про Закон Ома.

2 (ПВЗ). Розказати про будову і дію гальванометра.

3 (ПВЗ). Пояснити залежність опору від температури.

4 (ПВЗ). Розказати, яким повинен бути опір вольтметра і амперметра.

5 (ПВЗ). У чому фізичний зміст шунтування електричних приладів?

План:

26. 3.3.1. Опір дроту

27. 3.3.2. Надпровідність

28. 3.3.3. Розподіл напруги в колі

30. Навчально-методичні завдання:

1 (УЗЗ). Описати методичні рекомендації для учнів розв’язувати і складати фізичні задачі на постійний електричний струм.

2 (П). Спроектувати та підготувати розгорнутий план-конспект уроку фізики:

а) Закон Ома; б) Надпровідність; в) Напрям струму.

3 (ПВЗ). На практиці величину заряду визначають не тільки в Кулонах, але і в «ампер-годинах». Скільки Кулонів в одній «ампер-годині»?

4 (ПВЗ). Чому дорівнює опір 1 м мідного дроту товщиною 0,15 мм?

5 (УЗЗ). Створити комп’ютерну презентацію на тему «Закон Джоуля-Ленца».

6 (ПВЗ). Розказати про видатних учених-фізиків, які вивчали електрику: Ом, Ленц, Ампер, Кулон та інші дослідники.

7 (ПВЗ). Сконструювати евристичну бесіду на тему «Послідовне та паралельне з’єднання провідників». Провести її в аудиторії.

8 (ПВЗ). Запропонувати спосіб виготовлення кишенькового ліхтарика. Сконструювати його, продемонструвати.

9 (ПВЗ). Чи можна використовувати замість вольтметра електрометр для визначення напруги? Пояснити міркування.