Chuyên đề 1: điện tích - điện trường Chủ đề 03 vật lý 11 Tụ điện lượng điện trêng cđa tơ A KIẾN THỨC CƠ BẢN Khái niệm tụ điện + Tụ điện hệ hai vật dẫn đặt gần ngăn cách lớp cách điện Mỗi vật dẫn gọi tụ điện + Tụ điện dùng để chứa điện tích + Tụ điện dụng cụ dùng phổ biến mạch điện xoay chiều mạch vơ tuyến điện Nó có nhiệm vụ tích phóng điện mạch điện Tụ điện phẳng + Tụ điện phẳng tụ điện với hai hai kim loại có kích thước lớn so với khoảng cách hai bản, đặt song song đối diện cách điện với + Khi nối tụ điện với hai cực nguồn, e, nhận e hai tích điện trái dấu, độ lớn điện tích + Độ lớn điện tích tụ điện tích điện gọi điện tích tụ điện Điện dung tụ điện + Điện dung tụ điện đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện hiệu điện định + Kí hiệu điện dung tụ C; kí hiệu sơ đồ mạch điện Q + Công thức tính điện dung: C = U + Đơn vị điện dung fara (F) S + Điện dung tụ điện phẳng: C = 9.10 9.4d Trong đó: S diện tích (phần đối diện); d khoảng cách hai số điện môi lớp điện môi chiếm đầy hai Chú ý: Mỗi tụ điện có hiệu điện giới hạn Khi hiệu điện hai tụ vượt hiệu điện giới hạn lớp điện môi hai tụ bị đánh thủng, tụ điện bị hỏng Ghép tụ điện Các đại lượng Ghép song song Ghép nối tiếp Sơ đồ Hiệu điện Điện tích tụ Điện dung tụ Khi có tụ U = U = U2 = … = Un Q = q1 + q2 + … + qn C = C1 + C2 + … + Cn C = C1 + C2 U = U + U2 + … + Un Q = q1 = q2 = … = qn 1 1 C C1 C Cn C C 1 hay C C C1 C2 C1 C1 C C n Khi có n tụ C0 giống C = nC0 Năng lượng điện trường tụ điện + Năng lượng tụ điện lượng điện trường bên tụ điện: + Năng lượng tụ cơng nguồn điện để đưa điện tích dịch chuyển đến hai tụ 1 Q2 + Công thức lượng điện trường tụ: W = QU = = CU2 2 C : 0985 166 183 ThuVienDeThi.com - Nguyễn văn thuận - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn Chuyên đề 1: điện tÝch - ®iƯn trêng vËt lý 11 1 S SE d (Ed) + Đối với tụ điện phẳng: W= CU 2 4kd 8k B CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: Tính điện dung, điện tích, hiệu điện tụ điện *Phương pháp giải tập: Q + Cơng thức tính điện dung: C = U S + Điện dung tụ điện phẳng: C = 9.10 9.4d + Đơn vị điện dung C fara (F) viết C (F) + Đổi đơn vị điện dung (ước Fara F) Đơn vị đo (A) Mili (mA) Micrô ( A ) Nanô (nA) Picrô (pA) -3 -6 -9 1F mF = 10 F F = 10 F nF = 10 F pF = 10-12 F 1C mC = 10-3 C C = 10-6 C nC = 10-9 C pC = 10-12 C 1s ms = 10-3 s s = 10-6 s 1J mJ = 10-3 J J = 10-6 J - Chú ý: + Tụ điện nối với nguồn có hiệu điện U hiệu điện tụ U khơng đổi + Tụ điện tích điện tích Q Khi tách khỏi nguồn, điện tích tụ Q không đổi *Bài tập vận dụng: Bài 1: Một tụ điện phẳng có hai kim loại, diện tích tụ S = 100 cm2 đặt cách d = mm, điện mơi mica có số điện mơi Tính điện tích tụ tích điện hiệu điện 220 V [Q = 5,84.10-8 C] Bài 2: Hai tụ phẳng có tiết diện hình trịn bán kính R = 60 cm, khoảng cách hai tụ d = mm Giữa hai khơng khí a) Tính điện dung tụ điện [C = 5.10-9 F = nF] b) Tìm điện tích lớn mà tụ tích để không bị đánh thủng Biết cường độ điện trường lớn mà tụ chịu 300000 V/m [Qmax = 3.10-6 C] Dạng 2: Bài toán ghép tụ điện *Phương pháp Các đại lượng Ghép song song Ghép nối tiếp Sơ đồ Hiệu điện Điện tích tụ Điện dung tụ U = U + U2 + … + Un Q = q1 = q2 = … = qn 1 1 C C1 C Cn Khi có tụ C = C1 + C2 C C 1 hay C C C1 C2 C1 C1 Khi có n tụ C0 giống C C C = nC0 n Chú ý: Khi tụ tích điện trước ghép điện tích tụ trước sau ghép không đổi! * Một số tập vận dụng Bài Cho ba tụ có điện dung C1 = F ; C2 = F ; C3 = F Tính điện dung tụ ghép hai trường hợp sau: a) C1 nt C2 nt C3 b) C1 // C2 // C3 : 0985 166 183 U = U = U2 = … = Un Q = q1 + q2 + … + qn C = C1 + C2 + + Cn ThuVienDeThi.com - Nguyễn văn thuận - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn Chuyên đề 1: điện tích - điện trường vËt lý 11 c) C1 // (C2 nt C3) d) C1 nt (C2 // C3) Bài Cho ba tụ có điện dung C1 = F ; C2 = F ; C3 = F mắc theo sơ đồ C1 // (C2 nt C3) a) Tính điện dung tụ b) Đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện U = V Tính hiệu điện hai đầu tụ, điện tích tụ điện tích tụ Dạng 3: Năng lượng điện trường tụ điện Phương pháp + Công thức lượng điện trường tụ: W = + Đổi đơn vị điện dung (ước Fara F) Đơn vị đo (A) Mili (mA) 1F mF = 10-3 F 1C mC = 10-3 C 1s ms = 10-3 s 1J mJ = 10-3 J 1 1 1 Q2 QU = = CU2 2 C Micrô ( A ) F = 10-6 F C = 10-6 C s = 10-6 s J = 10-6 J Nanô (nA) nF = 10-9 F nC = 10-9 C Picrô (pA) pF = 10-12 F pC = 10-12 C Một số ví dụ Bài 1: Hai tụ điện C1 =12 F , C1 =6 F mắc nối tiếp Mắc tụ vào hai cực nguồn điện có hiệu điện U = V Tính điện tích lượng điện trường tụ Hướng dẫn C1.C2 1 12.6 hay C 4F + Điện dung tụ: C C1 C2 C1 C1 12 + Do C1 nối tiếp C2: q1 = q2 = q = CU = 4.4 = 16 C + Năng lượng tụ 1: W q2 (16.106 ) C1 U12 1, 07.105 (J) 6 2C1 2.12.10 q2 (16.106 ) C2 U 22 2,13.105 (J) 6 2C2 2.6.10 Bài 2: Tụ điện phẳng khơng khí, có điện dung C = 10 nF tích điện đến hiệu điện U = 100 V ngắt khỏi nguồn điện a) Tính lượng tụ điện b) Tính cơng cần thiết để tăng khoảng cách hai tụ lên gấp đôi c) Khi đưa thủy tinh có số điện mơi ' vào khoảng hai tụ Tính lượng tụ điện lúc Hướng dẫn 10.109.(100) 2 5.105 (J) a) Năng lượng tụ điện ban đầu: W C U 2 b) Tính cơng để tăng khoảng cách độ tăng lượng điện trường tụ: A W = |W' W | + Khi ngắt tụ khỏi nguồn điện, điện tích tụ khơng đổi Q = Q’ + Năng lượng tụ 2: W S 4kd S + Khi tăng khoảng cách hai bản: C' 4kd ' C' S 4kd d d C + Ta có: hay C ' C 4kd ' S d ' 2d 2 + Đối với tụ điện phẳng khơng khí: C : 0985 166 183 ThuVienDeThi.com - Nguyễn văn thuận - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn Chuyên đề 1: điện tích - ®iÖn trêng vËt lý 11 Q2 Q 2W 10.105 (J) 2C ' C Vậy, phần công thực để tăng khoảng cách lên lần: A = W’-W = W = 5.10-5 J c) Năng lượng cho thủy tinh: + Khi ngắt tụ khỏi nguồn điện, điện tích tụ không đổi Q = Q’ W' + Đối với tụ điện phẳng khơng khí: C S 4kd + Sau cho thủy tinh vào hai bản: C' 'S 4kd C' 'S 4kd ' ' hay C ' 'C C 4kd S 2 Q W 5.105 W' 7,14.106 (J) Q 2C ' C ' ' + Ta có: : 0985 166 183 ThuVienDeThi.com - Nguyễn văn thuận - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn .. .Chuyên đề 1: điện tích - điện trường vật lý 11 1 S SE d (Ed) + Đối với tụ điện phẳng: W= CU 2 4kd 8k B CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: Tính điện dung, điện tích, hiệu điện. .. Tính điện dung tụ b) Đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện U = V Tính hiệu điện hai đầu tụ, điện tích tụ điện tích tụ Dạng 3: Năng lượng điện trường tụ điện Phương pháp + Công thức lượng điện trường. .. ThuVienDeThi.com - Nguyễn văn thuận - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn Chuyên đề 1: điện tÝch - ®iƯn trêng vËt lý 11 c) C1 // (C2 nt C3) d) C1 nt (C2 // C3) Bài Cho ba tụ có điện dung C1 = F ;