[Vật lý 11] Tụ điện là gì? Lý thuyết và bài tập tụ điện dễ hiểu

Trong bài học về Tụ điện hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu các nội dung định nghĩa tụ điện, điện dung, năng lượng của tụ điện và các bài tập áp dụng. Bây giờ chúng ta sẽ bắt tay vào học luôn nhé!

Bạn đang xem bài viết: Tụ điện 

Tụ điện là gì

Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện, dùng để chứa điện tích. Mỗi vật dẫn đó gọi là một bản của tụ điện.

Kí hiệu:

Phổ biến nhất hiện nay là 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.

Người ta lấy tên của lớp điện môi để đặt tên như : tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm,…Người ta cũng chế tạo tụ có điện dung thay đổi được (còn gọi là tụ xoay ).

Cách tích điện cho tụ điện

Để tích điện cho tụ, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện. Bản nối cực dương sẽ tích điện dương, bản nối cực âm sẽ tích điện âm.

Độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ khi đã tích điện gọi là điện tích của tụ điện.

Khi tích điện, tụ nhiễm điện do hưởng ứng, điện tích hai bản bao giờ cũng có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. Ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện

Xem thêm: [Vật lý 11]Tổng hợp lý thuyết Từ trường DỄ NHỚ CHUẨN SGK

Điện dung của tụ điện

Điện dung là gì

Điện tích Q mà một tụ nhất định tích được tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt giữa hai bản của nó.

$Q=\mathrm{CU}$ hay $C=\frac{\mathrm{Q/}}{U}$     

Đại lượng C được gọi là điện dung. Nó đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ ở một hiệu điện thế nhất định. Dưới một hiệu điện thế U nhất định, tụ có điện dung C sẽ tích được điện tích Q lớn.

Vậy : 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.

Ta có công thức tính điện dung của tụ phẳng:

(S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản)

Đơn vị của điện dung

Đơn vị điện dung là fara, kí hiệu 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 thường dùng chỉ có điện dung từ 10^-12 F đến 10^-6 F. Vì vậy ta thường dùng các ước của fara:

• 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.

Năng lượng của điện trường trong tụ điện

Khi tụ được tích điện thì giữa hai bản tụ có điện trường và trong đó sẽ dự trữ một năng lượng. Gọi là năng lượng điện trường trong tụ điện.

Trong chương trình Vật lý 11, ta áp dụng công thức tính năng lượng của điện trường:

Mọi điện trường đều mang năng lượng. 

Bài tập tụ điện

Bài 1: Tụ phẳng trong không khí có các bản hình tròn bán kính 6cm. khoảng cách giữa 2 bản tụ là 1cm, nối với hiệu điện thế 300V. Tính điện tích q của tụ phẳng đó.

Hướng dẫn: 

Bài 2: 

Tích điện cho một tụ có điện dung 20 μF dưới hiệu điện thế 60 V. Sau đó tháo tụ ra khỏi nguồn.

a) Tính điện tích q của tụ.

b) Tính công mà điện trường trong tụ sinh ra khi phóng điện tích ∆q = 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 ∆q như trên từ bản dương sang bản âm lúc đó.

Hướng dẫn:

a. Điện tích q của tụ:

q = CU = 20.10⁻⁶.60 = 12.10⁻⁴C

b. Công mà điện trường trong tụ sinh ra:

A = ∆q.U = 0,001q.U = 0,001.12.10⁻⁴.60 = 72.10⁻⁶(J)

c. Điện tích của tụ:

q′ = q/2=(12.10−4 )/2=6.10⁻⁴ C

⇒Δq′ = 0,001q′ = 0,001.6.10⁻⁴ =6.10₋₇ C

=> Công mà lực điện trường trong tụ sinh ra:

A′ = Δq′.U = 6.10⁻⁷.60 = 36.10⁻⁶ (J)

Bài 3: Một bộ gồm ba tụ ghép song song $C_1=C_{\mathrm{2\; =}}$. Khi được tích điện bằng nguồn có hiệu điện thế 45 V thì điện tích của bộ tụ bằng 18.10⁻⁴ C. Tính điện dung của các tụ.
Hướng dẫn:

Tổng kết

Như vậy chúng ta vừa cùng nhau học về kiến thức Tụ điện lớp 11 tại congthuctoanlyhoa.com. Hy vọng rằng nội dung bài viết hôm nay sẽ giúp các bạn cập nhật được kiến thức mới để ứng dụng làm bài tập tốt hơn. Hẹn gặp lại các bạn trong những bài học hữu ích lần sau nhé!