Vật lý 11 bài 6: Tụ điện là gì? Điện dung của tụ điện, Công thức và bài tập vận dụng. Tụ điện là vật mà chúng ta nếu để ý sẽ thấy chúng xuất hiện rất nhiều trong các thiết bị điện, điện tử như Tivi, Tủ lạnh, Quạt điện,… như vậy ta thấy tụ điện được ứng dụng khá nhiều trong thực tế.
Vậy Tụ điện là gì? Tụ điện có công dụng gì, làm sao thể tích điện cho tụ điện? Công thức tính điện dung của tụ viết thế nào? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Bạn đang đọc: Vật lý 11 bài 6: Tụ điện là gì? Điện dung của tụ điện, Công thức và bài tập vận dụng – Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng
I. Tụ điện là gì?
1. Tụ điện là gì?
– Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện .
– Tụ điện dùng để chứa điện tích .
– Tụ điện có trách nhiệm tích và phóng điện trong mạch điện nên được dùng thông dụng trong những mạch điện xoay chiều và những mạch vô tuyến điện .
– Phổ biến là tụ điện phẳng gồm hai bản sắt kẽm kim loại phẳng ( thường là giấy thiếc, kẽm hoặc nhôm ) đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi ( thường là lớp giấy tẩm một chất cách điện như parafin ). Hai bản sắt kẽm kim loại này gọi là hai bản của tụ điện. Hai bản và lớp cách điện được cuộn lại và đặt trong một vỏ bằng sắt kẽm kim loại .
– Trong mạch điện, tụ điện được biểu diễn bằng kí hiệu như hình sau:
2. Cách tích điện cho tụ điện
– Để tích điện cho tụ điện, ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện như hình sau :
– Điện tích của hai bản có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. Ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện .
II. Điện dung của tụ điện là gì
1. Định nghĩa điện dung của tụ điện
– Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho năng lực tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định .
– Điện dung của tụ điện được xác lập bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó .
– Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:
2. Đơn vị điện dung
– Đơn vị điện dung là fara, kí hiệu là 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 điện thường dùng, chỉ có điện dung từ 10-12 F đến 10-16 F .
1 μF = 10-6 ( F ) ; 1 nF = 10-9 ( F ) ; 1 pF = 10-12 ( F ) ;
3. Các loại tụ điện
– Người ta thường lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện
– Các loại tụ điện như : Tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm, … tụ có điện dung biến hóa được gọ là tụ xoay .
– Lưu ý: Với mỗi một tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế giới hạn thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng.
* Ví dụ: Trên vỏ mỗi tụ điện thường có ghi cặp số liệu, chẳng hạn như 12mF ~ 250(V). Số liệu thứ nhất cho biết điện dung của tụ điện. Số liệu thứ hai chỉ giá trị giới hạn của hiệu điện thế đặt vào hai cực của tụ. Vượt quá giới hạn đó tụ có thể hỏng.
4. Năng lượng của điện trường trong tụ điện
– Khi tụ điện tích điện thì điện trường trong tụ điện sẽ dự trữ một nguồn năng lượng. Đó là nguồn năng lượng điện trường .
– Công thức tính năng lượng điện trường trong tụ điện:
– Mọi điện trường đều mang nguồn năng lượng .
III. Bài tập Tụ điện, điện dung của tụ điện
* Bài 1 trang 33 SGK Vật Lý 11: Tụ điện là gì? Tụ điện phẳng có cấu tạo như thế nào?
° Lời giải bài 1 trang 33 SGK Vật Lý 11:
– Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Nó dùng để tích điện .
– Công dụng của tụ điện : tích và phóng điện trong mạch điện .
– Tụ điện phẳng : cấu trúc gồm hai bản sắt kẽm kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi .
– Ký hiệu tụ điện trong mạch điện : C
* Bài 2 trang 33 SGK Vật Lý 11: Làm thế nào để tích điện cho tụ điện? Người ta gọi điện tích của tụ điện là điện tích của bản nào?
° Lời giải bài 2 trang 33 SGK Vật Lý 11:
– Để tích điện cho tụ, người ta nối hai bản tụ với hai cực của nguồn điện. Bản nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm. Điện tích của hai bản có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu .
– Người ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện .
* Bài 3 trang 33 SGK Vật Lý 11: Điện dung của tụ điện là gì?
° Lời giải bài 3 trang 33 SGK Vật Lý 11:
– Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho năng lực tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định, được xác lập bằng thương số của điện tích của tụ điện với hiệu điện thế giữa hai bản của nó .
– Đơn vị điện dung : Fara ( F )
* Bài 4 trang 33 SGK Vật Lý 11: Năng lượng của một tụ điện tích điện là dạng năng lượng gì?
° Lời giải bài 4 trang 33 SGK Vật Lý 11:
– Khi tụ điện tích điện, giữa hai bản tụ sống sót một điện trường ⇒ Năng lượng của một tụ điện tích điện là nguồn năng lượng điện trường .
* Bài 5 trang 33 SGK Vật Lý 11: Gọi Q, C và U là điện tích, điện dung và hiệu điện thế giữa hai bản của một tụ điện. Phát biểu nào dưới đây là đúng?
A. C tỉ lệ thuận với Q.
B. C tỉ lệ nghịch với U
C. C phụ thuộc vào vào Q. và U
D. C không phụ thuộc vào vào Q. và U .
Hãy lựa chọn câu phát biểu đúng .
° Lời giải bài 5 trang 33 SGK Vật Lý 11:
◊ Chọn đáp án : D. C không nhờ vào vào Q. và U .
– Điện dung của tụ điện được tính bởi công thức:
⇒ C chỉ nhờ vào vào cấu trúc của tụ điện, không nhờ vào vào Q. và U .
* Bài 6 trang 33 SGK Vật Lý 11: Trong trường hợp nào dưới đây, ta không có một tụ điện?
Giữa hai bản sắt kẽm kim loại là một lớp
A. Mica
B. Nhựa pôliêtilen
C. Giấy tẩm dung dịch muối ăn
D. Giấy tẩm parafin .
° Lời giải bài 6 trang 33 SGK Vật Lý 11:
◊ Chọn đáp án : C. Giấy tẩm dung dịch muối ăn
– Vì dung dịch muối ăn là chất dẫn điện nên trường hợp C không phải là tụ điện .
* Bài 7 trang 33 SGK Vật Lý 11: Trên vỏ một tụ điện có ghi 20μF-200V. Nối hai bản của tụ điện với một hiệu điện thế 120V.
a ) Tính điện tích của tụ điện .
b ) Tính điện tích tối đa mà tụ điện tích được .
° Lời giải bài 7 trang 33 SGK Vật Lý 11:
a ) Trên vỏ một tụ điện có ghi 20 μF – 200V .
⇒ C = 20 μF = 20.10 – 6 F, Umax = 200V
– Khi nối hai bản của tụ điện với hiệu điện thế 120V thì tụ sẽ tích điện là :
Q. = C.U = 20.10 – 6.120 = 2400.10 – 6 ( C ) = 24.10 – 4 ( C ) = 2400 ( μC )
b ) Điện tích tối đa mà tụ tích được ( khi nối hai đầu tụ vào hiệu điện thế 200V ) :
Qmax = C.Umax = 20.10 – 6.200 = 4.10 – 3 ( C ) = 4000 ( μC )
– Kết luận : a ) Q = 24.10 – 4 ( C ) ; b ) Qmax = 4.10 – 3 ( C ) .
* Bài 8 trang 33 SGK Vật Lý 11: Tích điện cho một tụ điện có điện dung 20μF dưới hiệu điện thế 60V. Sau đó cắt tụ điện ra khỏi nguồn.
a ) Tính điện tích q của bản tụ .
b ) Tính công mà điện trường trong tụ điện sinh ra khi phóng điện tích Δq = 0,001 q 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 Δq như trên từ bản dương sang bản âm lúc đó .
° Lời giải bài 7 trang 33 SGK Vật Lý 11:
a ) Điện tích của tụ điện : q = C.U = 20.10 – 6.60 = 12.10 – 4 ( C ) .
b ) Khi trong tụ phóng điện tích Δq = 0,001 q từ bản dương sang bản âm, điện trường bên trong tụ điện đã thực thi công là :
A = Δq. U = 0,001 q. U = 0,001. 12.10 – 4.60 = 72.10 – 6 ( J ) .
c ) Điện tích tụ :
– Khi có lượng điện tích Δq ’ = 0,001 q ’ phóng từ bản dương sang bản âm thì điện trường đã triển khai một công :
A ’ = Δq ’. U = 0,001. 6.10 – 4.60 = 36.10 – 6 ( J ) .
– Kết luận : a ) q = 12.10 – 4 ( C ) ; b ) A = 72.10 – 6 ( J ) ; c ) A ’ = 36.10 – 6 ( J ) .
Hy vọng với bài viết về Tụ điện là gì? Điện dung của tụ điện, Công thức và bài tập ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại dưới phần bình luận để THPT Sóc Trăng ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
¤ Xem thêm các bài viết khác tại:
Đăng bởi : trung học phổ thông Sóc Trăng
Chuyên mục: Giáo Dục
Bản quyền bài viết thuộc trường trung học phổ thông thành Phố Sóc Trăng. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận !
Nguồn san sẻ : Trường trung học phổ thông Sóc Trăng ( thptsoctrang.edu.vn )
Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Linh Kiện Và Vật Tư