Presentación sobre el tema "energía de condensadores". Presentación de física sobre el tema "Condensador. Energía de campo electrostático" Conocimientos y habilidades básicos.
Secciones: Física
Propósito didáctico
1. Dar el concepto de capacidad eléctrica de un conductor solitario y su unidad; Introduzca la estructura de un condensador de placa plana y los tipos de sus conexiones.
2. Deducir fórmulas para la capacidad eléctrica de un conductor solitario, una esfera, un capacitor plano, una batería de capacitores conectados en serie y en paralelo, y la energía de un capacitor cargado.
3. Dar una clasificación de los condensadores según el tipo de dieléctrico que separa las placas y el valor de la capacitancia eléctrica.
Propósito educativo
Usando el ejemplo de demostrar la descarga de chispa de un capacitor o la descarga de un capacitor a través de una lámpara incandescente, demuestre que el campo eléctrico tiene energía y, por lo tanto, es material.
Conocimientos y habilidades básicos.
1. Conocer el significado físico de capacidad eléctrica, fórmulas para calcular la capacidad eléctrica de un conductor solitario, una esfera, un condensador plano, una batería de condensadores conectados en paralelo y en serie y ser capaz de aplicarlas en la resolución de problemas.
2. Conocer la fórmula para calcular la energía de un condensador cargado y saber aplicarla en la resolución de problemas.
Secuencia de presentación de nuevo material.
1. Capacidad eléctrica del conductor. Unidades de capacidad eléctrica.
2. Dependencia de la capacidad eléctrica de un conductor de su tamaño, forma y cuerpos circundantes.
3. Capacidad eléctrica de una bola (esfera) de metal.
4. Condensadores. Su estructura, finalidad, carga y descarga, el papel de un dieléctrico. Clasificación de condensadores.
5. Conexión en serie de condensadores a una batería.
6. Conexión en paralelo de condensadores a una batería.
7. Energía de un condensador cargado. Densidad de energía volumétrica del campo eléctrico.
Equipo
Dos electrómetros, cuatro esferas metálicas (de dos diámetros), una máquina de electróforo, dos soportes aislantes, un condensador plano plegable de demostración, un condensador variable de demostración, un juego de condensadores (cerámicos, de papel, de mica, electrolíticos), un flash fotográfico, un lámpara a 3,5 V y 0,28 A, fuente DC o rectificador alimentado AC, cables de conexión. Manifestaciones
Dependencia del potencial de un conductor aislado de la cantidad de carga impartida; dependencia del potencial de un conductor solitario de su tamaño cuando se comunican cargas idénticas; dependencia del potencial del conductor de la presencia de otros conductores; dependencia de la capacidad eléctrica de un condensador plano del área de la placa, la distancia entre las placas y el dieléctrico que separa las placas; descargar un condensador a través de una lámpara incandescente o flash; Dispositivo de varios tipos de condensadores.
Motivación de la actividad cognitiva de los estudiantes.
Hoy en día, todos los estudiantes conocen hasta cierto punto los condensadores. Los condensadores se utilizan ampliamente en radios, televisores, grabadoras y muchos dispositivos electrónicos. Los condensadores sirven para almacenar cargas eléctricas y energía eléctrica. La capacidad de un condensador para acumular y almacenar cargas eléctricas se utiliza en tecnología para producir pulsos de corta duración de alta corriente. Un ejemplo de este uso de un condensador es el flash electrónico utilizado en fotografía. En este caso, el condensador se descarga a través de una lámpara especial.
Plan de estudios
Poner a prueba los conocimientos, habilidades y capacidades de los estudiantes.
1. Informar a los estudiantes de los resultados del dictado físico realizado en la última lección; Analizar errores típicos y graves.
2. Entrevistar oralmente a cuatro estudiantes sobre las siguientes tareas:
Tarea uno:
1) Explique la naturaleza física de la inducción electrostática. ¿Por qué el voltaje dentro de un conductor colocado en un campo eléctrico es igual a cero?
2) Escriba una fórmula para la dependencia de la intensidad y la diferencia de potencial de un campo eléctrico uniforme.
3) ¿Cuánto cambiará la energía cinética promedio del movimiento caótico de las moléculas de gas cuando su temperatura aumenta en 100 K? Respuesta: ∆E k =2,07*10 -21 J.
Tarea dos:
1) Explicar la naturaleza física de la polarización de los dieléctricos no polares. ¿Por qué la tensión dentro de un dieléctrico colocado en un campo eléctrico es menor que la intensidad del campo externo?
2) Escribe la fórmula para la intensidad del campo eléctrico de un avión cargado.
3) Determine la energía térmica de 3,2 kg de oxígeno a una temperatura de 127°C. Respuesta. ∆U=831 kJ.
Tarea tres:
1) Explicar la naturaleza física de la polarización de los dieléctricos polares. ¿Por qué una funda de papel descargada (dieléctrica) es atraída por un cuerpo cargado?
2) Escribe la fórmula para el potencial de campo eléctrico de una bola cargada. 31 ¿Cuánto cambiará la energía interna de 1,2 kg de carbono cuando la temperatura disminuye 40°C? Respuesta. ∆U=49,86 kJ.
Tarea cuatro:
1) ¿En qué dieléctricos la polarización no depende de la temperatura y en cuáles sí? ¿Por qué?
2) ¿Por qué, en equilibrio, todo el exceso de carga de un conductor electrificado se encuentra en su superficie?
3) Determine la presión de 2 kg de oxígeno en un cilindro con una capacidad de 0,4 m 3 a una temperatura de 27°C. Respuesta,
pag ≈ 0,39 MPa.
3. Revisa tu tarea. Preguntas adicionales para quienes respondan:
T. No. 958. Electrificar una barra de ebonita mediante fricción. Primero, simplemente toca la bola del electroscopio y luego mueve el palo sobre ella. ¿El electroscopio se cargó por igual en ambos casos? (en el segundo caso, el electroscopio se cargará más, ya que la carga no se elimina de uno, sino de muchos puntos de la superficie de la varilla).
T. No. 974. ¿Cuál es la intensidad del campo en el centro de un anillo de alambre cargado uniformemente con forma de círculo? ¿En el centro de una superficie esférica cargada uniformemente? (en ambos casos la tensión es 0.)
T. No. 986. Para adelgazar el electroscopio, a menudo basta con tocarlo con el dedo. ¿Se descargará el electroscopio si hay un cuerpo cargado aislado del suelo cerca (no, porque una carga del signo opuesto inducida por el cuerpo permanecerá en el electroscopio)?
T. No. 987. Si acerca la aguja al "sultán" cargado con la punta, las hojas del sultán comienzan a descargarse gradualmente. ¿Por qué? (En la aguja hay una carga de signo opuesto (el mismo signo se hunde en el suelo en la mano), que neutraliza la carga ubicada en las hojas).
¿Cómo se lee la ley de Coulomb?
¿Cómo se lee la ley de conservación de la carga?
¿Qué campo se llama campo eléctrico?
Encuesta frontal
1. ¿Cuál es la magnitud de la carga?
(Un exceso de cargas eléctricas del mismo signo en cualquier cuerpo se llama magnitud de la carga o cantidad de electricidad).
2. ¿Cómo se lee la ley de conservación de la carga?
(Las cargas eléctricas no surgen ni desaparecen, sino que sólo se redistribuyen entre todos los organismos que participan en un fenómeno particular).
3. ¿Cuáles son los tipos de electrificación?
4. ¿Por qué al verter gasolina de un tanque a otro se puede encender si no se toman precauciones especiales?
(A medida que la gasolina sale de la tubería, se electrifica tanto que se produce una chispa eléctrica que la enciende).
5. ¿Leer la ley de Coulomb?
6. ¿Por qué se hacen huecos los conductores para experimentos de electrostática?
(Porque las cargas estáticas se encuentran solo en la superficie exterior del conductor).
7. ¿Cómo llamamos a la constante dieléctrica de un medio? (La cantidad que caracteriza la dependencia de la fuerza de interacción entre cargas con el medio ambiente se llama e c.)
8. ¿Por qué los instrumentos para experimentos electrostáticos no tienen extremos afilados, sino superficies redondeadas?
(En los extremos afilados de los conductores hay una densidad de carga tan alta que no quedan retenidas en el conductor y “escurren” de él).
9. ¿Qué campo se llama campo eléctrico?
(El campo que transfiere la influencia de una carga eléctrica estacionaria a otra carga estacionaria de acuerdo con la ley de Coulomb se llama campo eléctrico).
10. ¿Cómo llamamos línea de tensión?
(Esta es una línea con vectores de intensidad de campo dirigidos tangencialmente a cada punto).
11. ¿Propiedades de las líneas de fuerza?
12. ¿Qué campo se llama homogéneo?
13. ¿Cómo determinar el signo de carga en un electroscopio con una varilla de ebonita y un paño?
(El signo de la carga del electroscopio será negativo si, al tocar una barra de ebonita electrificada, las hojas divergen en un ángulo mayor).
14. ¿Cómo cambiará la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales si el tamaño de cada carga se multiplica por cuatro y la distancia entre las cargas se reduce a la mitad?
(Ampliar 64 veces).
15. ¿Cómo llamamos al potencial de campo de un punto dado? (La energía característica del campo eléctrico en un punto dado se llama potencial de campo en un punto dado).
16. ¿Fórmula para determinar φ, E?
Analizar las respuestas de los estudiantes, comentar y evaluar.
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Verificación de tareas: Dictado físico. Opción 1 La capacitancia eléctrica de dos conductores se llama... La polarización de los dieléctricos se llama... La unidad de capacitancia eléctrica se expresa en... Opción 2 La superficie de igual potencial se llama... El potencial del campo electrostático es llamado... La unidad de intensidad del campo eléctrico se expresa en...Diapositiva 2
Verificación de tareas: Dictado físico. Opción 1 La capacidad eléctrica de dos conductores es la relación entre la carga de uno de los conductores y la diferencia de potencial entre este conductor y el vecino. La polarización de los dieléctricos es el desplazamiento de cargas unidas positivas y negativas en direcciones opuestas. La unidad de capacidad eléctrica se expresa en faradios (F). Opción 2 Las superficies de igual potencial se llaman equipotenciales. El potencial de campo electrostático es la relación entre la energía potencial de una carga en el campo y esta carga. La unidad de intensidad del campo eléctrico se expresa en voltios por metro (V/m) o newtons por culombio (N/C).
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Objetivos de la lección: aprender a determinar la energía de un condensador cargado. Desarrollar la capacidad de aplicar las leyes físicas a la hora de resolver problemas. Descubra el significado práctico del condensador.
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Condensadores. Un condensador consta de dos conductores separados por una capa dieléctrica, cuyo espesor es pequeño en comparación con el tamaño de los conductores. La capacidad eléctrica de un condensador plano está determinada por la fórmula: q C = - U
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Energía de un condensador cargado. - La energía de un condensador para la energía potencial de una carga en un campo uniforme es igual a: 1. W = + + + + + - - - - E - q + q 1 2 q E d 2. W = q U = CU 1 1 2 2 2 2 p p
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Aplicación de condensadores Tipos de condensadores: - aire, - papel, - mica, - electrostáticos. Propósito: Acumular carga o energía durante un corto tiempo para cambiar rápidamente el potencial. No pase corriente continua. En ingeniería de radio: un circuito oscilatorio, un rectificador. Aplicación en equipos fotográficos.
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Consolidación. Material teórico sobre las preguntas: ¿Para qué se utilizan los condensadores? ¿Cómo funciona un condensador? ¿Por qué el espacio entre las placas del capacitor está lleno de dieléctricos? ¿Cuál es la energía de un condensador cargado?
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Consolidación. Resolución de problemas: 1. ¿Cuál es la capacitancia del capacitor? Si recibió un cargo de 6. 10-5 C, de una fuente de 120 V.
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Problema No. 1. Dado: q = 6. 10-5 C U = 120 V C =? F Solución: C = q:U C = 6. 10-5: 120= 0,5 µF Respuesta: 0,5 µF.
1 opción
- La capacitancia eléctrica de dos conductores se llama...
- La polarización de los dieléctricos se llama...
- La unidad de capacidad eléctrica se expresa en...
opcion 2
- Las superficies de igual potencial se llaman...
- El potencial del campo electrostático se llama...
- La unidad de intensidad del campo eléctrico se expresa en...
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Dictado físico.
- 1 opción
La capacitancia eléctrica de dos conductores es la relación entre la carga de uno de los conductores y la diferencia de potencial entre este conductor y el vecino.
La polarización de los dieléctricos es el desplazamiento de cargas unidas positivas y negativas en direcciones opuestas.
La unidad de capacidad eléctrica se expresa en faradios (F).
- opcion 2
Las superficies de igual potencial se llaman equipotenciales.
El potencial de campo electrostático es la relación entre la energía potencial de una carga en el campo y esta carga.
La unidad de intensidad del campo eléctrico se expresa en voltios por metro (V/m) o newtons por culombio (N/C).
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Objetivos de la lección:
- Aprenda a determinar la energía de un condensador cargado.
- Desarrollar la capacidad de aplicar las leyes físicas a la hora de resolver problemas.
- Descubra el significado práctico del condensador.
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Condensadores.
Un condensador consta de dos conductores separados por una capa dieléctrica, cuyo espesor es pequeño en comparación con el tamaño de los conductores.
La capacidad eléctrica de un condensador plano está determinada por la fórmula:
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Energía de un condensador cargado.
mi - q + q
La energía de un condensador para la energía potencial de una carga en un campo uniforme es igual a:
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Aplicación de condensadores
Tipos de condensadores:
Aire,
Papel,
Mica,
Electrostático.
Objetivo:
- Acumule carga o energía durante un breve periodo de tiempo para cambiar rápidamente el potencial.
- No pase corriente continua.
- En ingeniería de radio: un circuito oscilatorio, un rectificador.
- Aplicación en equipos fotográficos.
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Consolidación.
Material teórico sobre:
- ¿Para qué se utilizan los condensadores?
- ¿Cómo funciona un condensador?
- ¿Por qué el espacio entre las placas del capacitor está lleno de dieléctricos?
- ¿Cuál es la energía de un condensador cargado?
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Resolución de problemas:
1. ¿Cuál es la capacitancia del capacitor? Si recibió un cargo de 6. 10-5 C, de una fuente de 120 V.
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La presentación sobre el tema "Capacidad eléctrica y condensadores" se puede descargar de forma totalmente gratuita en nuestro sitio web. Asunto del proyecto: Física. Las diapositivas e ilustraciones coloridas te ayudarán a involucrar a tus compañeros de clase o al público. Para ver el contenido, utilice el reproductor, o si desea descargar el informe, haga clic en el texto correspondiente debajo del reproductor. La presentación contiene 13 diapositivas.
Diapositivas de presentación
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Secciones - Capacidad eléctrica
Condensadores y sus tipos.
Capacitancia eléctrica de un condensador plano.
Energía de un condensador cargado
Energía del campo eléctrico
Aplicación de condensadores
Unidades de capacidad eléctrica
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Capacidad eléctrica
Con cualquier método de carga de cuerpos: mediante fricción, una máquina electrostática, una celda galvánica, etc. – Inicialmente, los cuerpos neutros se cargan debido al hecho de que algunas de las partículas cargadas pasan de un elemento a otro. Normalmente estas partículas son electrones. Cuando se cargan dos conductores, por ejemplo de una máquina electrostática, uno de ellos adquiere una carga de +|q| y el otro -|q|. Aparece un campo eléctrico entre los conductores y surge una diferencia de potencial (voltaje). A medida que aumenta el voltaje, aumenta el campo eléctrico entre los conductores. En un campo eléctrico intenso (de alto voltaje), un dieléctrico (por ejemplo, el aire) se vuelve conductor. Se produce la llamada ruptura dieléctrica: una chispa salta entre los conductores y estos se descargan. Cuanto menos aumenta el voltaje entre los conductores al aumentar sus cargas, más carga se puede acumular en ellos. La capacidad eléctrica es una cantidad física que caracteriza la capacidad de dos conductores para acumular una carga eléctrica. El voltaje U entre dos conductores es proporcional a las cargas eléctricas que hay en los conductores (en uno +|q|, y en el otro -|q|).
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De hecho, si las cargas se duplican, entonces la intensidad del campo eléctrico será 2 veces mayor, por lo tanto, el trabajo realizado por el campo al mover la carga aumentará 2 veces, es decir, El voltaje aumentará 2 veces. Por tanto, la relación entre la carga q de uno de los conductores y la diferencia de potencial entre este conductor y el vecino no depende de la carga. Está determinado por las dimensiones geométricas de los conductores, su forma y posición relativa, así como por las propiedades eléctricas del entorno. La capacidad eléctrica de dos conductores es la relación entre la carga de uno de los conductores y la diferencia de potencial entre este conductor y el vecino:
Cuanto menor sea el voltaje U cuando se carga +|q| y -|q|, mayor será la capacidad eléctrica de los conductores. Se pueden acumular grandes cargas en los conductores sin provocar una ruptura dieléctrica. Pero la capacidad eléctrica en sí no depende ni de las cargas impartidas a los conductores ni del voltaje resultante.
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Unidades de capacidad eléctrica
La capacidad eléctrica de dos conductores es igual a uno si, cuando se les imparten cargas +1 C y -1 C, surge entre ellos una diferencia de potencial de 1 V. Esta unidad se llama faradio (F); 1F=1 C/V. Como la carga de 1 C es muy grande, la capacidad de 1F es muy grande. Por lo tanto, en la práctica, se suelen utilizar fracciones de esta unidad: microfaradio (μF) -10(-6)F y picofaradio (pF) - 10(-12)F.
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Condensadores y sus tipos.
Los condensadores son dispositivos que constan de dos conductores aislados entre sí, ubicados a poca distancia entre sí. Los conductores en este caso se denominan placas de condensador. Independientemente de la forma de los conductores, se denominan placas de condensador.
El condensador más simple consta de dos placas planas paralelas ubicadas a una pequeña distancia entre sí. Si las cargas de las placas son idénticas en magnitud y de signo opuesto, entonces las líneas del campo eléctrico comienzan en la placa cargada positivamente.
El condensador termina en uno cargado negativamente. Por tanto, casi todo el campo eléctrico se concentra dentro del condensador. Para cargar un condensador, es necesario conectar sus placas a los polos de una fuente de voltaje, por ejemplo, a los polos de una batería. La carga de un condensador es el valor absoluto de la carga en una de las placas.
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Dependiendo de su finalidad, los condensadores tienen diferentes diseños. Un condensador de papel técnico convencional consta de dos tiras de papel de aluminio, aisladas entre sí y de la carcasa metálica mediante tiras de papel impregnadas de parafina. Las tiras y cintas se enrollan firmemente en un paquete pequeño. En la ingeniería de radio se utilizan ampliamente condensadores de capacidad eléctrica variable. Un condensador de este tipo consta de dos sistemas de placas metálicas,
que, al girar el mango, pueden encajar entre sí. En este caso, cambian las áreas de las partes superpuestas de las placas y, en consecuencia, su capacidad eléctrica. El dieléctrico de estos condensadores es el aire. En los condensadores electrolíticos se consigue un aumento de la capacidad eléctrica al reducir la distancia entre las placas. El dieléctrico que contienen es una fina película de óxidos,
cubriendo uno de los platos (una tira de papel de aluminio). La segunda cubierta es papel empapado en una solución electrolítica.
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Capacitancia eléctrica de un condensador plano.
El campo creado por una placa conductora cargada infinita con densidad de carga s es igual a E = s /(2 e 0).
Por tanto, si se desprecian los efectos de borde, el campo entre las placas de un condensador de placas paralelas es uniforme. La exactitud de esta afirmación es mayor cuanto mayor es el tamaño de las placas en comparación con la distancia entre ellas. Usando la fórmula U = Ed, obtenemos:
Desde | s | = q/S, donde S es el área de la placa, entonces la intensidad del campo entre las placas es igual a:
Si acercamos dos placas conductoras, cuyas dimensiones son mucho mayores que la distancia entre ellas, y las conectamos a una fuente de voltaje, entonces podemos suponer que el campo creado por cada una de las placas coincide aproximadamente con el campo de Un plato infinito. Luego, dentro del condensador plano resultante (entre las placas), el campo será igual a la suma de los campos creados por cada placa:
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Conexión en serie de condensadores:
Conexión en paralelo de condensadores:
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Energía de un condensador cargado
Para cargar un capacitor, se debe realizar trabajo para separar las cargas positivas y negativas. Según la ley de conservación de la energía, este trabajo es igual a la energía del condensador. El hecho de que un condensador cargado tenga energía se puede verificar descargándolo a través de un circuito que contiene una lámpara incandescente diseñada para un voltaje de varios voltios. Cuando el condensador se descarga, la lámpara
se enciende. La energía del condensador se convierte en otras formas: calor, luz. La intensidad de campo creada por la carga de una de las placas es igual a E/2, donde E es la intensidad de campo en el condensador. En un campo uniforme de una placa hay una carga q distribuida sobre la superficie de la otra placa. Como Ed=U, donde U es la diferencia de potencial entre las placas del capacitor, su energía es igual a:
Esta energía es igual al trabajo que realizará el campo eléctrico cuando las placas se acerquen.
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Energía del campo eléctrico
Según la teoría de la acción de corto alcance, toda la energía de interacción entre cuerpos cargados se concentra en el campo eléctrico de estos cuerpos. Esto significa que la energía se puede expresar a través de la característica principal del campo: la intensidad. Dado que la intensidad del campo eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial (U=Ed), según la fórmula: la energía del condensador es directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico en su interior.
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Aplicación de condensadores
La energía de un condensador no suele ser muy alta: no más de cientos de julios. Además, no se conserva debido a la inevitable fuga de carga. Por tanto, los condensadores cargados no pueden sustituir, por ejemplo, a las baterías como fuentes de energía eléctrica. Los condensadores pueden almacenar energía durante un tiempo más o menos largo y, cuando se cargan a través de un circuito de baja resistencia, liberan energía casi instantáneamente. Esta propiedad se utiliza ampliamente en la práctica. Una lámpara de flash utilizada en fotografía funciona con la corriente eléctrica de la descarga de un condensador, que se carga previamente con una batería especial. La excitación de fuentes de luz cuánticas (láseres) se realiza mediante un tubo de descarga de gas, cuyo destello se produce cuando se descarga una batería de condensadores de gran capacidad eléctrica. Sin embargo, los condensadores se utilizan principalmente en la ingeniería de radio...
Consejos para hacer una buena presentación o informe de proyecto
- Trate de involucrar a la audiencia en la historia, establezca la interacción con la audiencia mediante preguntas capciosas, una parte del juego, no tenga miedo de bromear y sonreír sinceramente (cuando corresponda).
- Intente explicar la diapositiva con sus propias palabras, agregue datos interesantes adicionales. No solo necesita leer la información de las diapositivas, la audiencia puede leerla por sí misma.
- No es necesario sobrecargar las diapositivas de su proyecto con bloques de texto; más ilustraciones y un mínimo de texto transmitirán mejor la información y atraerán la atención. La diapositiva debe contener sólo información clave; el resto es mejor contarla al público de forma oral.
- El texto debe ser bien legible, de lo contrario el público no podrá ver la información presentada, se distraerá mucho de la historia, intentará al menos entender algo o perderá por completo todo interés. Para hacer esto, debe elegir la fuente correcta, teniendo en cuenta dónde y cómo se transmitirá la presentación, y también elegir la combinación correcta de fondo y texto.
- Es importante ensayar tu informe, pensar en cómo saludarás a la audiencia, qué dirás primero y cómo terminarás la presentación. Todo viene con la experiencia.
- Elige el outfit adecuado, porque... La vestimenta del hablante también juega un papel importante en la percepción de su discurso.
- Trate de hablar con confianza, fluidez y coherencia.
- Intenta disfrutar de la actuación, así estarás más tranquilo y menos nervioso.
