Bài tập tụ điện có lời giải, tụ điện phẳng, tụ mắc nối tiếp và song song – Vật lý 11 chuyên đề – Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng

admin đăng lúc 30/09/2022

Bài tập về tụ điện với công thức tính điện dung phụ thuộc vào vào nhiều yếu tố như khoảng cách giữa hai bản tụ, diện tích quy hoạnh phần đối lập giữa hai bản tụ, hằng số điện môi, … luôn làm những em dễ nhầm lẫn khi đo lường và thống kê .

Bài viết này chúng ta cùng vận kiến thức về tụ điện để giải một số dạng bài tập về tụ điện, cách tính điện tích, hiệu điện thế và năng lượng của tụ điện hay các bài tập khi tụ điện mắc song song và nối tiếp.

Bạn đang đọc: Bài tập tụ điện có lời giải, tụ điện phẳng, tụ mắc nối tiếp và song song – Vật lý 11 chuyên đề – Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng

° Dạng 1: Tính điện dung (C), điện tích (Q), hiệu điện thế (U) hay năng lượng của tụ điện.

Bạn đang xem : Bài tập tụ điện có lời giải, tụ điện phẳng, tụ mắc tiếp nối đuôi nhau và song song – Vật lý 11 chuyên đề

* Kiến thức tụ điện vận dụng:

• Công thức tính điện dung: $small C=frac{Q}{U}Rightarrow Q=CU$

• Điện dung của tụ phẳng: $small C=frac{varepsilon S}{4kpi d}$

Trong đó :
S là diện tích quy hoạnh phần đối lập giữa hai bản tụ ( mét vuông )
d là khoảng cách giữa hai bản tụ

ε là hằng số điện môi và $small k=9.10^9frac{N.m^2}{C^2}$

> Lưu ý:

– Đối với tụ điện biến thiên thì phần đối lập của hai bản sẽ biến hóa .
– Công thức chỉ vận dụng cho trường hợp chất điện môi lấp đầy khoảng chừng khoảng trống giữa hai bản tụ .

– Năng lượng của tụ điện: $small W=frac{Q.U}{2}=frac{CU^2}{2}=frac{Q^2}{2C}$

– Khi nối tụ vào nguồn : Q = hằng số
– Ngắt tụ khỏi nguồn : Q = hằng số

hayhochoivn dn15

* Bài tập 1: Đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế 20V thì tụ tích được một điện lượng là 20.10-9C. Tính điện dung của tụ?

* Lời giải:

– Đề cho : U = 20 ( V ) ; Q = 20.10 – 9 ( C ) .

⇒ Điện dung của tụ là: $small C=frac{Q}{U}=frac{20.10^{-9}}{20}=10^{-9}(F)$

* Bài tập 2: Một tụ điện được tích điện bằng một hiệu điện thế là 20V thì năng lượng của tụ là 10mJ. Nếu muốn năng lượng của tụ là 22,5mJ thì phải đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế bao nhiêu?

* Lời giải:

– Đề cho : U1 = 20 ( V ) ; W1 = 10 ( mJ ) = 10-2 ( J ) ; W2 = 22,5 ( mJ ) ; U2 = ?
– Điện dung của tụ là :

$small W_1=frac{CU^2}{2}Rightarrow C=frac{2W_1}{U_{1}^{2}}=frac{2.10^{-2}}{20^2}=5.10^{-5}(F)$

– Để nguồn năng lượng của tụ điện là W2 = 22,5 ( mJ ) = 22,5. 10-3 ( J ) thì :

$U_2=sqrt{frac{2W_2}{C}}=sqrt{frac{2.22,5.10^{-3}}{5.10^{-5}}}=30(V)$

* Bài tập 3: Một tụ điện có điện dung C1 = 0,2μF khoảng cách giữa hai bản là d1 = 5cm được nạp điện đến hiệu điện thế U = 100V.

a ) Tính năng lượng của tụ điện .
b ) Ngắt tụ điện khỏi nguồng điện. Tính độ biến thiên nguồn năng lượng của tụ khi dịch hai bản lại gần còn cách nhau d2 = 1 cm .

* Lời giải:

– Đề cho : C1 = 0,2 μF = 0,2. 10-6 ( F ) ; d1 = 5 ( cm ) = 5.10 – 2 ( m ) ; U = 100 ( V ) ;
a ) Năng lượng của tụ điện là :

$small W_1=frac{C_1U_{1}^{2}}{2}=frac{0,2.10^{-6}.100^2}{2}=10^{-3}(J)$

b ) Điện dung của tụ điện là :

$small C_1=frac{varepsilon S}{4kpi.d_1 };; C_2=frac{varepsilon S}{4kpi.d_2 }$ $small Rightarrow frac{C_1}{C_2}=frac{d_2}{d_1}$

( điện dung tỉ lệ nghịch với khoảng cách )

$small Rightarrow C_2=frac{C_1d_1}{d_2}=0,2.10^{-6}.frac{5.10^{-2}}{1.10^{-2}}=10^{-6}(F)$

– Điện tích của tụ lúc đầu là : Q1 = C1U1 = 0,2. 10-6. 100 = 2.10 – 5 ( C ) .
– Do ngắt điện khỏi nguồn nên điện tích Q. không đổi, tức là : Q2 = Q1 .
– Vậy nguồn năng lượng lúc sau của tụ là :

$small W_2=frac{Q_{2}^{2}}{2C_2}=frac{(2.10^{-5})^2}{2.10^{-6}}=2.10^{-4}(J).$

– Độ biến thiên nguồn năng lượng : ΔW = W2 – W1 = 2.10 – 4 – 10-3 = 8.10 – 4 ( J ) .
⇒ Năng lượng giảm .

* Bài tập 4: Tụ phẳng không khí d = 1,5cm nối với nguồn U = 39kV (không đổi).

a ) Tụ có hư không nếu biết điện trường số lượng giới hạn của không khí là 30 kV / cm ?
b ) Sau đó đặt tấm thủy tinh có ε = 7, l = 0,3 cm và điện trường số lượng giới hạn 100 kV / cm vào khoảng chừng giữa, song song 2 bản. Tụ có hư không ?

* Lời giải:

– Đề cho : d = 1,5 ( cm ) ; U = 39 ( kV ) ;

– Điện trường giữa hai bản tụ là: $small E=frac{U}{d}=frac{39}{1,5}=26(kV/cm)$

a ) Trường hợp điện trường số lượng giới hạn bằng 30 kV / cm : Vì E < Egh nên tụ không bị hư .

b) Trường hợp điện trường giới hạn bằng 100 kV/cm: Khi có tấm thủy tinh, điện dung của tụ tăng lên, điện tích ở các bản tụ tăng lên làm cho điện trường trong khoảng không khí cũng tăng lên.

Xem thêm: Lockheed Martin – Tin tức cập nhật mới nhất tại https://vvc.vn | Kết quả trang 1

– Gọi E1 là cường độ điện trường trong phần không khí ; E2 là cường độ điện trường trong phần thủy tinh, ta có :

$small U=E_1(d-l)+E_2l;: E_2=frac{E_1}{varepsilon }$

$small Rightarrow E_1=frac{U}{d-l+frac{l}{varepsilon }}=frac{39}{1,5-0,3+frac{0,3}{7}}=31,4(kV/cm)$

– Vì E1 > Egh = 30 kV / cm nên không khí bị đâm xuyên và trở nên dẫn điện, khi đó hiệu điện thế U của nguồn đặt trực tiếp vào tấm thủy tinh, điện trường trong tấm thủy tinh là :

$small E_{2}^{'}=frac{U}{l}=frac{39}{0,3}=130(kV/cm)>E_{gh}=100(kV/cm)” width=”346″/> → Nên thủy tinh bị đâm xuyên, tụ điện bị hư . ° Dạng 2: Tụ điện được ghép nối tiếp và song song. * Kiến thức tụ điện vận dụng: ¤ Tụ điện ghép nối tiếp: <img loading=$

$small frac{1}{C_b}=frac{1}{C_1}+frac{1}{C_2}+frac{1}{C_3}+...$

small U_b=U_1+U_2+U_3+...

$small dpi{100} fn_cm small Q_b=Q_1=Q_2=Q_3=...$

¤ Tụ điện ghép song song Cb = C1 + C2 + … + Cn

Ub = U1 = U2 = U3 = …
Qb = Q1 + Q2 + Q3 + …
– Khi tụ điện bị đánh thủng, nó trở thành vật dẫn ( dây dẫn ). Nếu bài toán có nhiều tụ được mắc hỗn hợp, ta cần tìm ra được cách mắc tụ điện của mạch đó rồi mới đo lường và thống kê .
– Sau khi ngắt tụ điện khỏi nguồn và vẫn giữa tụ điện đó cô lập thì điện tích Q. của tụ đó vẫn không đổi khác .

* Bài tập 1: Một bộ gồm ba tụ ghép song song C1 = C2 = C3/2. Khi được tích điện bằng nguồn có hiệu điện thế 45 V thì điện tích của bộ tụ điện bằng 18.10-4C. Tính điện dung của các tụ điện?

* Lời giải:

– Ta có: $small C_b=frac{Q_b}{U}=frac{18.10^{-4}}{45}=4.10^{-5}(F)=40(mu F)$

– Ba tụ điện được ghép song song nên :

$small C_b=C_1+C_2+C_3=frac{C_3}{2}+frac{C_3}{2}+C_3=2C_3$

$small Rightarrow C_3=frac{C_b}{2}=frac{40}{2}=20(mu F)$ $small Rightarrow C_1=C_2=frac{C_3}{2}=10(mu F)$

* Bài tập 2: Cho C1 = 6 μF, C2 = 3 μF, C3 = 6 μF, C4 = 1 μF, được mắc vào mạch AB với UAB = 60 V như hình vẽ sau:

tụ điện mắc nối tiếp và song song a) Điện dụng của bộ tụ.

b ) Điện tích và hiệu điện thê của mỗi tụ .
c ) Hiệu điện thế UMN .

* Lời giải:

a ) Từ mạch điện ta thấy : C1 nt [ ( C2 nt C3 ) / / C4 ] .
– Như vậy ta có :

$small frac{1}{C_{23}}=frac{1}{C_2}+frac{1}{C_3}=frac{C_2+C_3}{C_2.C3}Rightarrow C_{23}=frac{C_2C_3}{C_2+C_3}$

$small Rightarrow C_{23}=frac{3.6}{3+6}=2(mu F)$ $small Rightarrow C_{(23)4}=C_{23}+C_4=2+1=3(mu F)$

$small frac{1}{C_b}=frac{1}{C_1}+frac{1}{C_{(23)4}}Rightarrow C_b=frac{C_1.C_{(23)4}}{C_1+C_{(23)4}}$

$small Rightarrow C_b=frac{6.3}{6+3}=2(mu F)$

b ) Ta có : mạch mạch mắc : C1 nt [ ( C2 nt C3 ) / / C4 ] nên :

$small Q=Q_1=Q_{234}=C_b.U_{AB}=2.10^{-6}.60=1,2.10^{-4}(C)$

$small U_1=frac{Q_1}{C_1}=frac{1,2.10^{-4}}{6.10^{-6}}=20(V)$ $small Rightarrow U_{234}=U_{AB}-U_1=60-20=40(V)$

⇒ Suy ra : U4 = U23 = U234 = 40 ( V )
+ Lại có : Q4 = C4U4 = 4.10 – 5 ( C ) ;
Q23 = C23U23 = 2.10 – 6.40 = 8.10 – 5 ( C )
⇒ Q2 = Q3 = Q23 = 8.10 – 5 ( C )

+ Do đó: $small U_2=frac{Q_2}{C_2}=frac{8.10^{-5}}{3.10^{-6}}=frac{80}{3}(V);$

$small U_3=frac{Q_3}{C_3}=frac{8.10^{-5}}{6.10^{-6}}=frac{40}{3}(V);$

c ) Bản A tích điện dương, bản B tích điện âm. Đi từ M đến N qua C2 theo chiều từ bản âm sang bản dương nên :

$small U_{MN}=-U_2=-frac{80}{3}(V);$

– Vậy hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn UMN = – 80/3 ( V ) .

Như vậy, với bài viết về tụ điện, tụ điện phẳng, tụ mắc nối tiếp và song song có lời giải ở trên, hy vọng các em đã hiểu rõ hơn nội dung này. Qua đây các em cũng thấy bài tập tụ điện cũng không quá khó, tuy nhiên các công thức phải được ghi nhớ thật kỹ và cẩn thận để vận dụng.

¤ Xem thêm các bài viết khác tại:

Đăng bởi : trung học phổ thông Sóc Trăng

Chuyên mục: Giáo Dục

Xem thêm: Trấn Thành – Tin tức cập nhật mới nhất tại https://vvc.vn | Kết quả trang 1

Bản quyền bài viết thuộc trường trung học phổ thông Sóc Trăng. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận !
Nguồn san sẻ : Trường trung học phổ thông TP Sóc Trăng ( thptsoctrang.edu.vn )

Source: https://vvc.vn
Category : Tin Mới