Giáo án Vật lý 11 - Chuyên đề 1: Điện tích - Điện trường - Chủ đề 3: Tụ điện – năng lượng điện trường của tụ

Năng lượng điện trường của tụ điện + Năng lượng tụ điện chính là năng lượng điện trường bên trong tụ điện: + Năng lượng của tụ chính là công của nguồn điện để đưa các điện tích dịch chuy[r]

Chuyên đề 1: điện tích - điện trường Chủ đề 03 vËt lý 11 Tụ điện – lượng điện trường tụ A KIẾN THỨC CƠ BẢN Khái niệm tụ điện + Tụ điện là hệ hai vật dẫn đặt gần và ngăn cách lớp cách điện Mỗi vật dẫn đó gọi là tụ điện + Tụ điện dùng để chứa điện tích + Tụ điện là dụng cụ dùng phổ biến các mạch điện xoay chiều và các mạch vô tuyến điện Nó có nhiệm vụ tích và phóng điện mạch điện Tụ điện phẳng + Tụ điện phẳng là tụ điện với hai là hai kim loại có kích thước lớn so với khoảng cách hai bản, đặt song song đối diện và cách điện với + Khi nối tụ điện với hai cực nguồn, e, nhận e và hai tích điện trái dấu, độ lớn điện tích trên + Độ lớn điện tích trên tụ điện đã tích điện gọi là điện tích tụ điện Điện dung tụ điện + Điện dung tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện hiệu điện định + Kí hiệu điện dung tụ là C; kí hiệu trên sơ đồ mạch điện Q + Công thức tính điện dung: C = U + Đơn vị điện dung là fara (F) S + Điện dung tụ điện phẳng: C = 9.10 9.4d Trong đó: S là diện tích (phần đối diện); d là khoảng cách hai và  là 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 quá hiệu điện giới hạn thì lớp điện môi hai tụ bị đánh thủng, tụ điện bị hỏng Ghép các 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 chính là lượng điện trường bên tụ điện: + Năng lượng tụ chính là công nguồn điện để đưa các điện tích dịch chuyển đến hai tụ 1 Q2 + Công thức lượng điện trường tụ: W = QU = = CU2 2 C : 0985 166 183 Lop11.com - NguyÔn v¨n thuËn - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn Chuyên đề 1: điện tích - điện trường vËt lý 11 1 S SE d (Ed)  + Đối với tụ điện phẳng: W= CU  2 4kd 8k B CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: Tính điện dung, điện tích, hiệu điện tụ điện *Phương pháp giải bài tập: Q + Công thức tính điện dung: C = U S + Điện dung tụ điện phẳng: C = 9.10 9.4d + Đơn vị điện dung C là fara (F) viết là 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 thì hiệu điện tụ là U không đổi + Tụ điện tích điện tích Q Khi tách khỏi nguồn, thì điện tích tụ là Q không đổi *Bài tập vận dụng: Bài 1: Một tụ điện phẳng có hai kim loại, diện tích tụ là S = 100 cm2 đặt cách d = mm, điện môi là mica có số điện môi là   Tính điện tích tụ tích điện hiệu điện 220 V [Q = 5,84.10-8 C] Bài 2: Hai tụ phẳng có tiết diện là hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách hai tụ là d = mm Giữa hai là không khí a) Tính điện dung tụ điện [C = 5.10-9 F = nF] b) Tìm điện tích lớn mà tụ có thể tích để không bị đánh thủng Biết cường độ điện trường lớn mà tụ chịu là 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 đã tích điện trước ghép thì điện tích tụ trước và sau ghép là không đổi! * Một số bài tập vận dụng Bài Cho ba tụ có điện dung là 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 Lop11.com - NguyÔn v¨n thuËn - : 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 là 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 và 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 và lượng điện trường tụ Hướng dẫn C1.C2 1 12.6  hay C    4F + 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 (16.106 ) C1 U12    1, 07.105 (J) 6 2C1 2.12.10 q2 (16.106 ) C2 U 22    2,13.105 (J) 6 2C2 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 công cần thiết để tăng khoảng cách hai tụ lên gấp đôi c) Khi đưa thủy tinh có số điện môi  '  vào khoảng hai tụ Tính lượng tụ điện lúc này Hướng dẫn 10.109.(100) 2  5.105 (J) a) Năng lượng tụ điện ban đầu: W  C U  2 b) Tính công để tăng khoảng cách độ tăng lượng điện trường tụ: A  W = |W'  W | + Khi ngắt tụ khỏi nguồn điện, thì điện tích tụ không đổi Q = Q’ + Năng lượng tụ 2: W  S 4kd S + Khi tăng khoảng cách hai bản: C'  4kd ' C' S 4kd d d C     hay C '  + Ta có: C 4kd ' S d ' 2d 2 + Đối với tụ điện phẳng không khí: C  : 0985 166 183 Lop11.com - NguyÔn v¨n thuËn - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn Chuyên đề 1: điện tích - điện trường vËt lý 11 Q2 Q   2W  10.105 (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, thì điện tích tụ không đổi Q = Q’  W'  + Đối với tụ điện phẳng không khí: C  S 4kd + Sau cho thủy tinh vào hai bản: C'   'S 4kd C'  'S 4kd  '     ' hay C '   'C C 4kd S  2 Q W 5.105  W'  Q     7,14.106 (J) 2C ' C ' ' + Ta có: : 0985 166 183 Lop11.com - NguyÔn v¨n thuËn - : nvthuan.gh@bacgiang.edu.vn