Bài giảng Tĩnh điện học: Phần III - ĐHBK TP.HCM

Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa PHẦN III: Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Nội dung v Điện dung v Tụ điện phẳng Ø Khái niệm Ø Tụ điện phẳng Farad v Năng lượng tụ điện v Ghép nối tụ Ø Ghép song song Ø Ghép nối tiếp Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Điện dung vật dẫn cô lập Q (Coulomb C ( Fara ) = V (Von) Điện dung vật dẫn lập điện tích cần thiết cung cấp để điện vật dẫn tăng lên vôn Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Điện dung tụ điện § Tụ điện định nghĩa hệ thống gồm hai hay nhiều vật dẫn gọi tụ điện đặt cách điện với § Điện dung C tụ điện định nghĩa thương số độ lớn điện tích tụ điện giá trị tuyệt đối hiệu điện tụ Surface = A Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Điện dung (tt) § Khái niệm kí hiệu Q V1 V2 (> V1) Q  Q  C ≡ =  U  ∆V  Q = C(V2 - V1) C U=∆V : HĐT § Đơn vị: Fara (F) –1F=1C/V – Fara lớn § Ta thường gặp µF (10-6 F) hay pF (10-12 F) Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Tụ điện phẳng ØĐiện dung tụ điện phụ thuộc vào dạng hình học tụ điện Ø Với tụ điện phẳng, tụ mặt phẳng song song ngăn cách điện môi khoảng cách d Surface = A Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa VA Tính C tụ điện phẳng z +QA σA e A E= σ ε0 d σB=- σA A Tính VA-VB ∫ dV = − E ⋅ dz → dV = − ( − B V ( e ) −V ( ) = V A −VB = σA ε0 QA QA d σA = → V A − VB = A A ε0 d σA ε0 -QB VB e ∫ ) dz A C = εo d Hằng số điện môi Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Điện dung tụ cầu trụ R1 R2 C = 4πεε R2 − R1 l C = 2πεε R2 ln R1 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Tụ điện phẳng Farad Giả sử tụ điện phẳng có điện dung Fara với khoảng cách hai tụ d= mm Diện tích mặt phẳng ? Nếu cho hiệu điện hai tụ 2V, điện tích mà chúng tích bao nhiêu? Giải : 1) C =ε0 A d ⇔ A= Cd ε0 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Tụ điện phẳng Farad (tt) A= 1× 10 −3 , 85.10 −12 = 1,13.10 m Điều tương ứng với tụ 10km vuông !! Khẳng định : Fara đơn vị lớn 2) Q = CV = 1× = C 10 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Năng lượng tụ điện Ø Tụ điện chứa điện tích Ø Chúng ta phải thực cơng để tích điện cho tụ Ø Cơng làm tăng tụ Như tụ tích trữ lượng Như ta cần thực công để tích điện cho tụ? 11 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Năng lượng tụ điện (tt) Gọi q điện tích tụ hiệu điện U Ta có : q U= C Công dw mà phải cung cấp để tăng lượng điện tích dq cho bởi: q dW = Udq = dq C 12 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Năng lượng tụ điện (tt) Như cơng tồn phần thực : ∫ W = dW = Q Q q dq = ∫ C 2C Năng lượng dự trữ cho tụ cơng mà ta thực để tích cho tụ điện tích Q Q EP = W = = CU = 12 QU 2C 13 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Năng lượng tụ điện (tt) Năng lượng điện trường định xứ khơng gian thể tích V: W = ∫ we dV V we = εε E we mật độ lượng điện trường điểm 14 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Ghép tụ song song + _ • Song song V C1 C2 C1 lấy điện tích Q1 = C1 V C2 lấy điện tích Q2 = C2 V Chúng ta thay chúng tụ điện tương đương… + _ V Ceq + (Q1+Q2) – (Q1+Q2) 15 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Ghép tụ song song (tt) + _ V Ceq + (Q1+Q2) – (Q1+Q2) Ceq = (Q1 + Q2) / V = C1 + C2 Mắc song song – Điện dung cộng lại 16 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Ghép tụ nối tiếp +Q + _ U -Q +Q C1 Q1 = Q2 Định luật bảo tồn điện tích! +Q -Q + U C1 , U1 _ U1 = Q / C1 U2 = Q / C2 C2 -Q U1 + U2 = U +Q C2 -Q U2 U = U1 + U2 17 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Ghép tụ nối tiếp (tt) Chúng ta thay mạch tương đương… Ctđ = Q / U Q Ctđ = Q / C1 + Q / C2 + _ +Q V U, Ctđ Ctd = C1 + -Q C2 Nghịch đảo điện dung tương đương tổng nghịch đảo điện dung thành phần 18 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Kết thúc cốt lõi Những vấn đề quan trọng cần nắm phần này: Ø Điện dung vật dẫn cô lập: Ø Điện dung tụ: Q C= U Q C= V Ø Năng lượng điện trường W = ∫ we dV V we = εε E 19 Đại học Quốc Gia TpHCM Trường Đại học Bách khoa Kết thúc cốt lõi Những vấn đề quan trọng cần nắm phần này: Ø Ghép tụ ØSong song: ØU1=U2= =Un ØC=C1+C2+ .+Cn ØQ=Q1+Q2+ .+Qn ØNối tiếp ØQ1=Q2= =Qn ØU=U1+U2+ .+Un Ø1/C1=1/C1+1/C2+ .+1/Cn 20