Tag: Điện Tích Tụ Điện
Rất nhiều đồ dùng hàng ngày của chúng ta có gắn tụ điện, ví dụ như quạt điện, tivi, tủ lạnh, stăcte của đèn ống,… đều có gắn thiết bị này.Vậy câu hỏi đặt ra là, tụ điện là gì? tụ điện có tác dụng gì và công thức tính điện dung của tụ điện được viết như thế nào? bài viết này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về các loại tụ điện thông dụng để giải đáp câu hỏi trên.
I. Tụ diện
Bạn đang xem: Tụ điện là gì? Tụ điện có tác dụng gì? Công thức tính điện dung của tụ điện – Vật lý 11 bài 6
1. Tụ điện là gì? tác dụng của tụ điện.
– Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.
– Tác dụng của tụ điện: dùng để chứa điện tích [tích và phóng điện trong mạch điện].
– Tụ điện phẳng có 2 bản tụ là 2 tấm kim loại phẳng có kích thước lớn đặt đối diện nhau, song song với nhau.
– Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ mạch điện:
2. Cách tích điện cho tụ điện
– Để tích điện cho tụ điện, ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện.
II. Điện dung của tụ điện
1. Định nghĩa, công thức tính điện dung của tụ điện
– Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định.
– Điện dung của tụ điện được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
– Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:
Với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản tụ.
2. Đơn vị của điện dung
– Đơn vị điện dung là fara, kí hiệu là F.
Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giữa hai bản của nó hiệu điện thế 1 V thì nó tích được điện tích 1 C.
Các tụ điện thường dùng chỉ có điện dung từ 10-12 F đến 10-16 F.
1 μF = 1.10-6 F
1 nF = 1.10-9 F
1 pF = 1.10-12 F
3. Các loại tụ điện
– Người ta thường lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện
– Các loại tụ điện: tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm,… Ngoài ra, tụ có điện dung thay đổi được gọi là tụ xoay.
* Lưu ý: Với mỗi tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế giới hạn này thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng [tụ điện bị hỏng].
4. Năng lượng của điện trường trong tụ điện
– Khi tụ điện tích điện thì điện trường trong tụ điện sẽ dự trữ một năng lượng. Đó là năng lượng điện trường trong tụ điện.
– Công thức tính năng lượng của điện trường trong tụ điện:
III. Bài tập về tụ điện
* Bài 1 trang 33 SGK Vật Lý 11: Tụ điện là gì? Tụ điện phẳng có cấu tạo như thế nào?
* Lời giải:
– Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Nó dùng để tích điện.
– Nhiệm vụ: tích và phóng điện trong mạch điện.
– Tụ điện phẳng: cấu tạo gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.
– Ký hiệu tụ điện trong mạch điện: C
* Bài 2 trang 33 SGK Vật Lý 11: Làm thế nào để tích điện cho tụ điện? Người ta gọi điện tích của tụ điện là điện tích của bản nào?
* Lời giải:
– Để tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản tụ với hai cực của nguồn điện. Bản nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm. Điện tích của hai bản có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu.
– Người ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện.
* Bài 3 trang 33 SGK Vật Lý 11: Điện dung của tụ điện là gì?
* Lời giải:
– Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định, được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện với hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
* Bài 4 trang 33 SGK Vật Lý 11: Năng lượng của một tụ điện tích điện là dạng năng lượng gì?
* Lời giải:
– Khi tụ điện tích điện, giữa hai bản tụ tồn tại một điện trường
⇒ Năng lượng của một tụ điện tích điện là năng lượng điện trường.
* Bài 5 trang 33 SGK Vật Lý 11: Gọi Q, C và U là điện tích, điện dung và hiệu điện thế giữa hai bản của một tụ điện. Phát biểu nào dưới đây là đúng?
A. C tỉ lệ thuận với Q
B. C tỉ lệ nghịch với U
C. C phụ thuộc vào Q và U
D. C không phụ thuộc vào Q và U.
Hãy lựa chọn câu phát biểu đúng.
* Lời giải:
• Chọn đáp án: D. C không phụ thuộc vào Q và U.
– Điện dung của tụ điện được tính bởi công thức:
⇒ C chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của tụ điện, không phụ thuộc vào Q và U ⇒ Câu D đúng.
* Bài 6 trang 33 SGK Vật Lý 11: Trong trường hợp nào dưới đây, ta không có một tụ điện?
Giữa hai bản kim loại là một lớp
A. Mica
B. Nhựa pôliêtilen
C. Giấy tẩm dung dịch muối ăn
D. Giấy tẩm parafin.
* Lời giải:
• Chọn đáp án: C. Giấy tẩm dung dịch muối ăn
– Vì dung dịch muối ăn là chất dẫn điện nên trường hợp C không phải là tụ điện.
* Bài 7 trang 33 SGK Vật Lý 11: Trên vỏ một tụ điện có ghi 20μF-200V. Nối hai bản của tụ điện với một hiệu điện thế 120V.
a] Tính điện tích của tụ điện.
b] Tính điện tích tối đa mà tụ điện tích được.
* Lời giải:
a] Trên vỏ một tụ điện có ghi 20 μF – 200 V
→ C = 20 μF = 20.10-6 F, Umax = 200V
Khi nối hai bản của tụ điện với hiệu điện thế 120V thì tụ sẽ tích điện là:
Q = C.U = 20.10-6.120 = 2400.10-6[C] = 2400[μC]
b] Điện tích tối đa mà tụ tích được [khi nối hai đầu tụ vào hiệu điện thế 200V]:
Qmax = C.Umax = 20.10-6.200 = 4.10-3 [C] = 4000 [μC]
Đáp án: a] Q = 24.10-4 [C];
b] Qmax = 4.10-3 [C];
* Bài 8 trang 33 SGK Vật Lý 11: Tích điện cho một tụ điện có điện dung 20 μF dưới hiệu điện thế 60V. Sau đó cắt tụ điện ra khỏi nguồn.
a] Tính điện tích q của bản tụ.
b] Tính công mà điện trường trong tụ điện sinh ra khi phóng điện tích Δq = 0,001q từ bản dương sang bản âm.
c] Xét lúc điện tích của tụ chỉ còn bằng q/2 . Tính công mà điện trường trong tụ sinh ra khi phóng điện tích Δq như trên từ bản dương sang bản âm lúc đó.
* Lời giải:
a] Điện tích của tụ điện: q = C.U = 20.10-6.60 = 12.10-4C.
b] Khi trong tụ phóng điện tích Δq = 0,001q từ bản dương sang bản âm, điện trường bên trong tụ điện đã thực hiện công là:
A = Δq.U = 0,001.12.10-4 . 60 = 72.10-6J
c] Điện tích tụ q’ = q/2 = 6.10-4C.
Khi có lượng điện tích Δq’ = 0,001q’ phóng từ bản dương sang bản âm thì điện trường đã thực hiện một công:
A’= Δq’.U = 0,001. 6.10-4.60 = 36.10-6J
Đáp án: a] q = 12.10-4C;
b] A = 72.10-6J;
c] A’= 36.10-6J
Đến đây các em đã biết được Tụ điện là gì? Tụ điện có tác dụng gì? các loại tụ điện thường gặp và công thức tính điện dung của tụ điện,… đồng thời qua nội dung hướng dẫn giải bài tập, THPT Sóc Trănghy vọng các em đã hiểu rõ để vận dụng ở các bài học tiếp sau này.
|
¤ Các bài viết cùng chương xem nhiều: ¤ Các bài viết khác cần xem: |
Đăng bởi: THPT Sóc Trăng
Chuyên mục: Giáo Dục
Nguồn : thptsoctrang.edu.vn
Nếu bài viết bị lỗi. Click vào đây để xem bài viết gốc.
Cách tính điện dung, năng lượng của tụ điện
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động, được cấu tạo bởi hai bán cực đặt song song với nhau, và được ngăn cách bởi lớp điện môi.
Vậy công thức tính tụ điện như thế nào? Bài tập tính điện tích của tụ điện ra sao? Là những câu hỏi mà các bạn học sinh lớp 9, lớp 11 quan tâm. Chính vì vậy trong bài viết hôm nay Download.vn giới thiệu đến các bạn toàn bộ kiến thức về thế nào là tụ điện, công thức tính tụ điện và một số bài tập kèm theo. Qua đó giúp các bạn có thêm nhiều tư liệu tham khảo, ôn luyện kiến thức để giải được các bài tập Vật lí.
- Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Tụ điện dùng để chứa điện tích.
- Điện dung của tụ điện [C] là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế xác định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
2. Công thức tụ điện
- Điện dung của tụ điện
- Trong đó:
- C: Điện dung của tụ đo bằng đơn vị fara [F].
- U: Hiệu điện thế [V]
- Q: Điện tích [C]
- Đổi đơn vị:
- 1 micrôfara [kí hiệu là μF] = 1.10-6 F.
- 1 nanôfara [kí hiệu là nF] = 1.10-9 F.
- 1 picôfara [kí hiệu là pF] = 1.10-12 F.
3. Công thức mở rộng
- Từ công thức C suy thêm ra công thức tính Q và U
- Trong đó:
- C: Điện dung của tụ đo bằng đơn vị fara [F].
- U: Hiệu điện thế [V]
- Q: Điện tích [C]
- Tụ điện ghép nối tiếp
Q = Q1 = Q2 = ... = Qn
UAB = U1 + U2 + ... + Un
- Tụ điện ghép song song
Q + Q1 + Q2 + ... + Qn
UAB = U1 = U2 = ... = Un
C = C1 + C2 + ... + Cn
- Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:
Trong đó:
+ S: Diện tích đối diện giữa 2 bản [m2]
+ d: Khoảng cách hai bản tụ [m]
+ ε Hằng số điện môi của môi trường giữa hai bản tụ
- Bài toán khác:
+ Nối tụ vào nguồn: U = hằng số
+ Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số
4. Ví dụ tính điện tích của tụ điện
Ví dụ: Hai bản tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách giữa các bản là d = 2mm. Giữa hai bản là không khí. Có thể tích điện cho tụ điện một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng ? Biết rằng điện trường lớn nhất mà không khí chịu được là 3.105 3.105 V/m
Gợi ý đáp án
Điện dung của tụ điện
Hiệu điện thế lớn nhất có thể đặt vào hai đầu bản tụ là
U = E. d = 3.105.0,002 = 600V
Điện tích lớn nhất tụ tích được để không bị đánh thủng là
Q = C. U = 5.10-9.600 = 3.10-6 C
5. Bài tập tính tự điện
Bài tập 1. Tụ xoay có điện dung thay đổi từ
Viết biểu thức phụ thuộc của điện dung vào góc xoay. Biết điện dung của tụ xoay là hàm bậc nhất của góc xoay a
Bài tập 2. Một tụ điện phẳng có diện tích S=100cm2, khoảng cách hai bản là d=1 mm, giữa hai bản là lớp điện môi có
a/ Tính điện dung của tụ điện
b/ Dùng nguồn U=100 V để nạp điện cho tụ, tính điện tích mà tụ tích được.
Bài tập 3. Hai bản của một tụ điện phẳng là các hình tròn, tụ điện được tích điện sao cho điện trường trong tụ bằng
Bài tập 4. Hai bản tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R=2 cm, đặt trong không khí, khoảng cách giữa hai bản d=2 mm.
a/ Tính điện dung của tụ điện đó.
b/ Có thể tích cho tụ một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ không bị đánh thủng? Cho biết điện trường đánh thủng đối với không khí là
Bài tập 5. Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ hình vuông cạnh
a/ Tính điên dung của tụ điện
b/ Tính điện tích của tụ điện