BÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆNBÀI GIẢNG CHUYÊN ĐỀ TỤ ĐIỆN
Trang 1A KIẾN THỨC CƠ BẢN
1 Khỏi niệm về tụ điện
+ Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cỏch nhau bằng một lớp cỏch điện Mỗi vật dẫn đú gọi là một bản của tụ điện
+ Tụ điện dựng để chứa điện tớch
+ Tụ điện là dụng cụ được dựng phổ biến trong cỏc mạch điện xoay chiều và cỏc mạch vụ tuyến điện Nú cú nhiệm vụ tớch và phúng điện trong mạch điện
2 Tụ điện phẳng
+ Tụ điện phẳng là tụ điện với hai bản là hai tấm kim loại cú kớch thước rất lớn so với khoảng cỏch giữa hai bản, đặt song song đối diện nhau và cỏch điện với nhau
+ Khi nối tụ điện với hai cực của nguồn, một bản sẽ mất e, bản kia nhận e và hai bản sẽ tớch điện trỏi dấu, nhưng độ lớn điện tớch trờn 2 bản bằng nhau
+ Độ lớn điện tớch trờn mỗi bản của tụ điện khi đó tớch điện gọi là điện tớch của tụ điện
3 Điện dung của tụ điện
+ Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tớch điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định
+ Kớ hiệu điện dung của tụ là C; kớ hiệu trờn sơ đồ mạch điện
+ Cụng thức tớnh điện dung: C =
U Q
+ Đơn vị điện dung là fara (F)
+ Điện dung của tụ điện phẳng: C =
d
S
4 10
Trong đú: S là diện tớch của mỗi bản (phần đối diện); d là khoảng cỏch giữa hai bản và là hằng số điện mụi của lớp điện mụi chiếm đầy giữa hai bản
Chỳ ý: Mỗi tụ điện cú một hiệu điện thế giới hạn Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ vượt quỏ hiệu điện thế
giới hạn thỡ lớp điện mụi giữa hai bản tụ bị đỏnh thủng, tụ điện bị hỏng
4 Ghộp cỏc tụ điện
Sơ đồ
Hiệu điện thế U = U1 = U2 = … = Un U = U1 + U2 + … + Un
Điện tớch của bộ tụ Q = q1 + q2 + … + qn Q = q1 = q2 = … = qn
Điện dung của bộ tụ C = C1 + C2 + … + Cn
n
C C
C C
1
1 1 1
2 1
C C
hay C
Khi cú n tụ C0 giống
0
C C n
5 Năng lượng điện trường của tụ điện
+ Năng lượng tụ điện chớnh là năng lượng điện trường bờn trong tụ điện:
+ Năng lượng của tụ chớnh là cụng của nguồn điện để đưa cỏc điện tớch dịch chuyển đến hai bản tụ
Tụ điện – năng l ợng điện tr ờng của tụ
Chủ đề
03
Trang 2+ Công thức năng lượng điện trường của tụ: W =
2
1
QU = 2
1
C
Q2
= 2
1
CU2 + Đối với tụ điện phẳng:
2
B CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Dạng 1: Tính điện dung, điện tích, hiệu điện thế của tụ điện
*Phương pháp giải bài tập:
+ Công thức tính điện dung: C =
U Q
+ Điện dung của tụ điện phẳng: C =
d
S
4 10
+ Đơn vị điện dung C là fara (F) viết là C (F)
+ Đổi đơn vị điện dung (ước của Fara F)
Đơn vị đo (A) Mili (mA) Micrô ( A ) Nanô (nA) Picrô (pA)
1 F 1 mF = 10-3 F 1 F = 10-6 F 1 nF = 10-9 F 1 pF = 10-12 F
1 C 1 mC = 10-3 C 1 C = 10-6 C 1 nC = 10-9 C 1 pC = 10-12 C
1 s 1 ms = 10-3 s 1 s = 10-6 s
1 J 1 mJ = 10-3 J 1 J = 10-6 J
- Chú ý:
+ Tụ điện được nối với nguồn có hiệu điện thế U thì hiệu điện thế của tụ là U không đổi
+ Tụ điện được tích điện tích Q Khi tách ra khỏi nguồn, thì điện tích của tụ là Q không đổi
*Bài tập vận dụng:
Bài 1: Một tụ điện phẳng có hai tấm kim loại, diện tích của mỗi bản tụ là S = 100 cm2 đặt cách nhau d = 2
mm, điện môi là mica có hằng số điện môi là 6 Tính điện tích của mỗi tụ khi được tích điện ở hiệu điện
thế 220 V [Q = 5,84.10 -8 C]
Bài 2: Hai bản tụ phẳng có tiết diện là hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách giữa hai bản tụ là d = 2
mm Giữa hai bản là không khí
a) Tính điện dung của tụ điện [C = 5.10 -9 F = 5 nF]
b) Tìm điện tích lớn nhất mà tụ có thể tích được để không bị đánh thủng Biết cường độ điện trường lớn
nhất mà tụ chịu được là 300000 V/m [Q max = 3.10 -6 C]
Dạng 2: Bài toán ghép tụ điện
*Phương pháp
Sơ đồ
Hiệu điện thế U = U1 = U2 = … = Un U = U1 + U2 + … + Un
Điện tích của bộ tụ Q = q1 + q2 + … + qn Q = q1 = q2 = … = qn
Điện dung của bộ tụ C = C1 + C2 + … + Cn
n
C C
C C
1
1 1 1
2 1
C C
hay C
Khi có n tụ C0 giống
0
C C n
Chú ý: Khi tụ đã được tích điện trước khi ghép thì điện tích của bộ tụ trước và sau ghép là không đổi!
* Một số bài tập vận dụng
Trang 3Bài 1 Cho ba tụ có điện dung lần lượt là C1 = 1 F ; C2 = 2 F ; C3 = 3 F Tính điện dung của bộ tụ ghép trong hai trường hợp sau:
a) C1 nt C2 nt C3
b) C1 // C2 // C3
c) C1 // (C2 nt C3)
d) C1 nt (C2 // C3)
Bài 2 Cho ba tụ có điện dung lần lượt là C1 = 2 F ; C2 = 4 F ; C3 = 6 F mắc theo sơ đồ C1 // (C2 nt C3) a) Tính điện dung của bộ tụ
b) Đặt vào hai đầu đoạn mạch một hiệu điện thế U = 4 V Tính hiệu điện thế hai đầu mỗi tụ, điện tích mỗi
tụ và điện tích của bộ tụ
Dạng 3: Năng lượng điện trường của tụ điện
Phương pháp
+ Công thức năng lượng điện trường của tụ: W =
2
1
QU = 2
1
C
Q2
= 2
1
CU2
+ Đổi đơn vị điện dung (ước của Fara F)
Đơn vị đo (A) Mili (mA) Micrô ( A ) Nanô (nA) Picrô (pA)
1 F 1 mF = 10-3 F 1 F = 10-6 F 1 nF = 10-9 F 1 pF = 10-12 F
1 C 1 mC = 10-3 C 1 C = 10-6 C 1 nC = 10-9 C 1 pC = 10-12 C
1 s 1 ms = 10-3 s 1 s = 10-6 s
1 J 1 mJ = 10-3 J 1 J = 10-6 J
Một số ví dụ
Bài 1: Hai tụ điện C1 =12 F , C1 =6 F mắc nối tiếp Mắc bộ tụ vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U
= 4 V Tính điện tích và năng lượng điện trường của mỗi tụ
Hướng dẫn
C C
+ Do C1 nối tiếp C2: q1 = q2 = q = CU = 4.4 = 16 C
+ Năng lượng của tụ 1:
1
q
+ Năng lượng của tụ 2:
2
q
Bài 2: Tụ điện phẳng không khí, có điện dung C = 10 nF được tích điện đến hiệu điện thế U = 100 V rồi ngắt
khỏi nguồn điện
a) Tính năng lượng của tụ điện
b) Tính công cần thiết để tăng khoảng cách giữa hai bản tụ lên gấp đôi
c) Khi đưa tấm thủy tinh có hằng số điện môi ' 7vào trong khoảng giữa hai bản tụ Tính năng lượng của tụ điện lúc này
Hướng dẫn a) Năng lượng của tụ điện ban đầu: 1 2 10.10 (100)9 2 5
b) Tính công để tăng khoảng cách bằng độ tăng năng lượng điện trường trong tụ:
A W = |W' W | + Khi ngắt tụ ra khỏi nguồn điện, thì điện tích của tụ không đổi Q = Q’
Trang 4+ Đối với tụ điện phẳng không khí: C S
4 kd
+ Khi tăng khoảng cách giữa hai bản: ' S
C
4 kd '
+ Ta có: C ' S 4 kd d d 1hay C ' C
2
�
Vậy, phần công thực hiện để tăng khoảng cách lên 2 lần: A = W’-W = W = 5.10-5 J
c) Năng lượng khi cho tấm thủy tinh:
+ Khi ngắt tụ ra khỏi nguồn điện, thì điện tích của tụ không đổi Q = Q’
+ Đối với tụ điện phẳng không khí: C S
4 kd
+ Sau khi cho tấm thủy tinh vào giữa hai bản: C' 'S
4 kd
+ Ta có: C ' 'S 4 kd ' 'hay C' 'C
�