Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Конденсатор - це стандартний електричний компонент. При подачі постійної напруги в конденсаторі накопичується заряд, а отже, і енергія, яка присутня у вигляді внутрішнього електричного поля, що виникає при цьому. Кількість заряду, яку може накопичити конденсатор, залежить від його конструкції та прикладеної напруги і називається ємністю :
.
Цей експеримент досліджує поведінку конденсатора в колі постійного струму - особливо, коли його вмикають і вимикають.
Додаткова інформація для вчителів (1/4)
Попередні знання
Учні повинні вміти будувати і розуміти просту електричну схему. Вони повинні бути знайомі з поняттями напруги, сили струму і заряду. Крім того, корисно обговорити поняття електричного поля.
Принцип
Конденсатор - це пасивний електричний компонент здатний зберігати електричний заряд і відповідну енергію статично в електричному полі в колі постійного струму. Якщо до розрядженого конденсатора прикласти напругу, заряди будуть протікати в колі до тих пір, поки конденсатор не буде повністю заряджений відповідно до .
Додаткова інформація для вчителів (2/4)
Мета навчання
За допомогою цього експерименту учні мають дізнатися про поведінку конденсатора в колі постійного струму. Вони мають спостерігати та описати процес зарядки та розрядки і, таким чином, зробити висновок про призначення конденсатора.
Завдання
Як поводиться конденсатор у колі постійного струму?
Дослідіть підключення конденсатора до кола постійного струму. Особливо розгляньте процеси вмикання і вимикання конденсатора.
Додаткова інформація для вчителів (3/4)
Додаткова інформація
Учні, як правило, мають певні знання про конденсатор і спочатку уявляють його - також за допомогою символу схеми - як пару пластин. Навіть якщо їм дати для проведення експерименту конденсатори з іншим зовнішнім виглядом, вони будуть очікувати, що при встановленні конденсатора в колі постійного струму електричний струм не протікає. Тим цікавішим для них буде несподіваний результат експерименту.
Оскільки рекомендовані конденсатори є неполяризованими або біполяризованими (обидва позначення є загальноприйнятими), немає необхідності звертати увагу на полярність при їх використанні. За умовними позначеннями, які з'являються на схемах, можна визначити тип конденсатора:
поляризований
неполяризований
Додаткова інформація для вчителів (4/4)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
В останній частині експерименту необхідно перевірити струми зарядки і розрядки за допомогою амперметра (мультиметра), оскільки лампочка вже не реагує помітно на дуже малі стрибки струму. Необхідно постійно стежити за тим, щоб діапазон вимірювань був - ні в якому разі не менше - тому що відхилення вліво за межами шкали також відбувається, і воно може бути лише невеликим, як у даному експерименту. Відхилення стрілки покажчика буде більшим в діапазоні вимірювання , але для цього діапазону вимірювань потрібно спочатку змінити нульову точку вимірювального приладу за допомогою регулювального гвинта.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Конденсатори на друкованій платі
Конденсатори вбудовані практично в усі електричні пристрої, включаючи комп'ютери, смартфони та планшети, оскільки вони мають особливі характеристики. Конденсатори бувають різних форм. Найпростішою формою є так званий пластинчастий конденсатор, тоді як циліндричні конденсатори зазвичай використовуються на друкованих платах.
У цьому експерименті учні досліджують властивості конденсатора в колі постійного струму (особливо в момент вмикання і вимикання).
Завдання
Як поводиться конденсатор в колі постійного струму?
Дослідіть підключення конденсатора до кола постійного струму. Особливо розгляньте процеси вмикання і вимикання конденсатора.
Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 4 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 1 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 5 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 6 | Перемикач, модуль SB | 05602-02 | 1 |
| 7 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 8 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 9 | Конденсатор (ELKO) 47 мкФ, модуль SB | 05645-47 | 1 |
| 10 | Конденсатор (ELKO) 470 мкФ, модуль SB | 05646-47 | 1 |
| 11 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 1 |
| 12 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 14 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 15 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 16 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
Підготовка
Проведіть експеримент відповідно до рисунків, спочатку з конденсатором . Увімкніть автоматичний вимикач і встановіть перемикач у положення 1 (див. рисунок зліва).
Виконання роботи (1/3)
Схема - Тумблер з положеннями 1 і 2 - Вимикач внизу
- Увімкніть блок живлення і встановіть напругу постійного струму на 12 В. Замкніть вимикач і поспостерігайте за лампочкою. Знову розімкніть і замкніть автоматичний вимикач і спостерігайте за лампочкою.
- При замкненому вимикачі переведіть перемикач у положення 2 і спостерігайте за лампочкою. Натисніть перемикач кілька разів.
- Переведіть перемикач у положення 1, а потім розімкніть коло, відкривши автоматичний вимикач. Через 1-2 секунди переведіть перемикач у положення 2 і знову поспостерігайте за лампочкою.
Виконання роботи (2/3)
4. Замість конденсатора на встановіть в електричне коло конденсатор на , як показано на рисунку справа. Замкніть коло автоматичним вимикачем і кілька разів натисніть на вимикач. Спостерігайте за поведінкою лампочки, як і раніше.
Виконання роботи (3/3)
На багатофункціональному приладі встановіть діапазон вимірювання - і підключіть прилад в якості амперметра замість лампочки в електричне коло, як показано на рисунку справа. Кілька разів натисніть перемикач, спостерігаючи за показаннями амперметра.
Після останнього вимірювання вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Питання
Завдання 5
Вставте слова у тексті! Із спостережень можна зробити висновок, що конденсатор може зберігати ____. Це видно з того, що струм протікає лише на короткий час, коли коло ____, але струм знову протікає, коли коло ____ в положення 2. Конденсатор діє як ____ для паралельного кола в положенні 2.
Завдання 6
Вставте слова у тексті! Коли джерело напруги ____, електрони стікають на одну пластину конденсатора, оскільки вони намагаються вирівняти ____ джерела напруги. З цієї причини електрони віддаляються один від одного. Це створює ____ між обкладками конденсатора, яка залишається після розриву електричного кола. Кількісно це описується ____ C, яку можна обчислити за формулою C = Q/U. Отже, ємність показує, скільки "заряду" може зберігати конденсатор.
Завдання 7
Питання
Питання
Питання