Lý thuyết về tụ điện vật lí 11 ĐIỆN TRƯỜNG
Tụ điện là gì?
Tụ điện (capacitor): là một thiết bị có khả năng chứa điện tích và phóng ra dòng điện tích khi cần.
Video cách tích điện cho tụ điện phẳng
Để tích điện cho tụ, người ta nối hai bản của tụ điện với một nguồn điện, bản tụ nối với cực dương của nguồn điện sẽ tích điện dương (+Q), bản tụ nối với cực âm của nguồn điện sẽ tích điện âm (-Q).
Điện tích Q = +Q = |-Q| được gọi là điện tích của tụ điện.
Sự chênh lệch điện thế giữa hai bản tụ được gọi là hiệu điện thế của tụ điện
https://youtu.be/_QF9hU0MWiE
Điện dung của tụ điện: là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ, trong các bài toán vật lí về tụ điện ta coi điện dung C của tụ điện là không đổi.
Điện dung của tụ điện phẳng: \[C=\dfrac{\varepsilon S}{9.10^{9}4\pi d}=\dfrac{Q}{U}\]
Trong đó:
- C: điện dung (F)
- Q: điện tích của tụ (C)
- U: hiệu điện thế của tụ (V)
- S: diện tích phần đối diện nhau của bản tụ (m2)
- ε: hằng số điện môi
- d: khoảng cách giữa hai bản tụ (m)
- Đơn vị dẫn suất: 1pF =10-12F; 1nF =10-9F; 1µF =10-6F
Bộ tụ điện ghép song song
U = U1 = U2 = U3
Q = Q1 + Q2 + Q3
C = C1 + C2 + C3
Bộ tụ điện ghép nối tiếp
U = U1 + U2 + U3
Q = Q1 = Q2 = Q3
=> \[\dfrac{1}{C}=\dfrac{1}{C_{1}}+\dfrac{1}{C_{2}}+\dfrac{1}{C_{3}}\]
Năng lượng điện trường của tụ điện
Khi tụ được tích điện, hai bản của tụ điện tích điện trái dấu nhau nên hình thành một điện trường hướng từ bản dương sang bản âm của tụ. Điện trường này có khả năng sinh ra năng lượng (thế năng) nên được gọi là năng lượng điện trường của tụ.
Biểu thức xác định năng lượng điện trường của tụ
\[W=\dfrac{Q^{2}}{2C}=\dfrac{CU^{2}}{2}\]
Bài tập tính điện dung của tụ điện cơ bản
Bài tập 1. Một tụ điện có ghi 100nF – 10V
a/ Cho biết ý nghĩa của con số trên. Tính điện tích cực đại của tụ .
b/ Mắc tụ trên vào hai điểm có hiệu điện thế U = 8V. Tính điện tích của tụ khi đó.
c/ Muốn tích cho tụ điện một điện tích là 0,5µC thì cần phải đặt giữa hai bản tụ một hiệu điện thế là bao nhiêu.
Bài tập 2. Tụ xoay có điện dung thay đổi từ C1 = 30pF đến C2 = 120pF khi góc xoay α biến thiên từ 0o đến 90o. Viết biểu thức phụ thuộc của điện dung vào góc xoay. Biết điện dung của tụ xoay là hàm bậc nhất của góc xoay α
Bài tập 3. Một tụ điện phẳng có diện tích S = 100cm2, khoảng cách hai bản là d = 1mm, giữa hai bản là lớp điện môi có ε = 5.
a/ Tính điện dung của tụ điện
b/ Dùng nguồn U = 100V để nạp điện cho tụ, tính điện tích mà tụ tích được.
Bài tập tụ điện 4. Hai bản của một tụ điện phẳng là các hình tròn, tụ điện được tích điện sao cho điện trường trong tụ bằng 3.105V/m. Khi đó điện tích của tụ điện là Q = 100nC. Hãy tính bán kính của các bản. Cho biết bên trong tụ điện là không khí.
