Bài 6. Tụ điện

+ Khi nối tụ điện với hai cực của nguồn, một bản sẽ mất e, bản kia nhận e và hai bản sẽ tích điện trái dấu, nhưng độ lớn điện tích trên 2 bản bằng nhau.. + Độ lớn điện tích trên mỗi bản [r]

Chuyên đề 1: điện tích - điện trờng vật lý 11

A KIẾN THỨC CƠ BẢN 1 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 vô tuyến điện Nó có nhiệm vụ tích phóng điện mạch điện

2 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

3 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

+ Cơng thức tính điện dung: C = U

Q

+ Đơn vị điện dung fara (F)

+ Điện dung tụ điện phẳng: C = d

S  

4 10

9

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 mơi hai tụ bị đánh thủng, tụ điện bị hỏng

4 Ghép tụ điện

Các đại lượng Ghép song song Ghép nối tiếp

Sơ đồ

Hiệu điện U = U1 = U2 = … = Un U = U1 + U2 + … + Un

Điện tích tụ Q = q1 + q2 + … + qn Q = q1 = q2 = … = qn

Điện dung tụ C = C1 + C2 + … + Cn

n

C C

C C

1 1

2

   

Khi có tụ C = C1 + C2 1 2

1 1

C C

1 1

hay C

CC C C C

Khi có n tụ C0 giống

nhau C = nC0

0

C C

n

 5 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

+ Công thức lượng điện trường tụ: W =

1

QU =

1

C Q2

=

1

CU2.

: 0985 166 183 - Nguyễn văn thuận - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn

Tụ điện l ợng ®iƯn tr êng cđa tơ

Chun đề 1: điện tích - điện trờng vật lý 11

+ Đối với tụ điện phẳng:

2

2

1 S SE d

W= CU (Ed)

2 kd k

 

 

 

B CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: Tính điện dung, điện tích, hiệu điện tụ điện *Phương pháp giải tập:

+ Cơng thức tính điện dung: C = U

Q

+ Điện dung tụ điện phẳng: C = d

S  

4 10

9

+ 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)

1 F mF = 10-3 F

1 F = 10-6 F nF = 10-9 F pF = 10-12 F

1 C mC = 10-3 C

1 C = 10-6 C nC = 10-9 C pC = 10-12 C

1 s ms = 10-3 s

1 s = 10-6 s

1 J mJ = 10-3 J

1 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  6 Tính điện tích tụ tích điện hiệu điện

thế 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

nhất 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 U = U1 = U2 = … = Un U = U1 + U2 + … + Un

Điện tích tụ Q = q1 + q2 + … + qn Q = q1 = q2 = … = qn

Điện dung tụ C = C1 + C2 + … + Cn

n

C C

C C

1 1

2

   

Khi có tụ C = C1 + C2 1 2

1 1

C C

1 1

hay C

CC C C C

Khi có n tụ C0 giống

nhau C = nC0

0

C C

n



Chú ý: Khi tụ tích điện trước ghép điện tích tụ trước sau ghép không đổi! * Một số tập vận dụng

Bài 1 Cho ba tụ có điện dung C1 = 1F; C2 = 2F; C3 = 3F Tính điện dung tụ ghép

trong hai trường hợp sau: a) C1 nt C2 nt C3

Chuyên đề 1: điện tích - điện trờng vật lý 11

b) C1 // C2 // C3

c) C1 // (C2 nt C3)

d) C1 nt (C2 // C3)

Bài 2. Cho ba tụ có điện dung C1 = 2F; C2 = 4F; C3 = 6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 =

1

QU =

1

C Q2

=

1

CU2

+ Đổi đơn vị điện dung (ước Fara F)

Đơn vị đo (A) Mili (mA) Micrô (A) Nanô (nA) Picrô (pA)

1 F mF = 10-3 F

1 F = 10-6 F nF = 10-9 F pF = 10-12 F

1 C mC = 10-3 C

1 C = 10-6 C nC = 10-9 C pC = 10-12 C

1 s ms = 10-3 s

1 s = 10-6 s

1 J mJ = 10-3 J

1 J = 10-6 J

 Một số ví dụ

Bài 1: Hai tụ điện C1 =12F, C1 =6Fmắc nối tiếp Mắc tụ vào hai cực nguồn điện có hiệu điện U

= V Tính điện tích lượng điện trường tụ

Hướng dẫn

+ Điện dung tụ:

1

1 1

C C

1 1 12.6

hay C F

CC C C C 12 6  

+ Do C1 nối tiếp C2: q1 = q2 = q = CU = 4.4 = 16 C

+ Năng lượng tụ 1:

2

2

1

1

q

1 (16.10 )

W C U 1,07.10 (J)

2 2C 2.12.10



 

   

+ Năng lượng tụ 2:

2

2

2

2

q

1 (16.10 )

W C U 2,13.10 (J)

2 2C 2.6.10



 

   

Bài 2: Tụ điện phẳng không 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 môi  ' 7vào khoảng hai tụ Tính lượng

của tụ điện lúc

Hướng dẫn a) Năng lượng tụ điện ban đầu:

9

2

1 10.10 (100)

W C U 5.10 (J)

2





  

b) Tính công 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’

+ Đối với tụ điện phẳng khơng khí:

S C

4 kd

 



Chuyên đề 1: điện tích - điện trờng vật lý 11

+ Khi tăng khoảng cách hai bản:

' S

C

4 kd '

 



+ Ta có:

C' S kd d d C

hay C'

C kd ' S d ' 2d 2

 

    

 

2

2

1 Q

W' Q 2W 10.10 (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’

+ Đối với tụ điện phẳng khơng khí:

S C

4 kd

 



+ Sau cho thủy tinh vào hai bản:

' 'S

C

4 kd

 



+ Ta có:

C ' 'S kd '

'hay C ' 'C

C kd S

  

   

  

2

2

1 Q W 5.10

W' Q 7,14.10 (J)

2C' C ' '





     

 