Tụ điện là gì ? Công thức tính điện tích của tụ điện ? Bài tập tính điện tích của tụ điện ? Đây là những câu hỏi mà các bạn học viên lớp 11 do dự. Tụ điện là kiến thức và kỹ năng môn Vật Lý lớp 11 rất quan trọng, nó thường được vận dụng vào đề thi THPT. Cùng Góc Hạnh Phúc tìm hiểu và khám phá nâng cao về tụ điện nhé .Nội dung chính
- Khái niệm về tụ điện
- Một số loại tụ điện đang được sử dụng rộng rãi
- Nguyên lý hoạt động tụ điện
- Công thức tính điện tích của tụ điện
- Bài tập tính điện tích của tụ điện có lời giải chi tiết
- Video liên quan
Xem thêm:
Khái niệm về tụ điện
Tụ điện là một linh phụ kiện điện tử thụ động, được cấu trúc bởi hai bán cực đặt song song với nhau, và được ngăn cách bởi lớp điện môi. Khi có sự chênh lệch điện thế tại hai mặt phẳng, thì các mặt phẳng sẽ Open điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu. Tính chất của tụ điện là cách điện 1 chiều nhưng được cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nhờ vào nguyên tắc phóng nạp. Chúng được sử dụng trong những mạch điện tử như mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo xê dịch … Tụ điện được ký hiệu là C, là từ viết tắt của Capacitior 
Một số loại tụ điện đang được sử dụng rộng rãi
- Tụ hóa: Đây là loại tụ điện có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ. Trên thân của tụ được thể hiện giá trị của điện dung là 0,47 µF đến 4700 µF
- Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm: Là loại tụ không phân cực và có hình dẹt. Trị số của nó được ký hiệu trên thân bằng ba số, điện dung của tụ này thường nhỏ và chỉ khoảng 0,47 µF
- Tụ xoay: Là loại tụ điện có thể xoay để giúp thay đổi giá trị của điện dung, và nó thường được lắp trong radio để thay đổi tần số của cộng hưởng khi ta dò đài.
- Tụ Lithium ion: Tụ này có năng lượng cực cao và được sử dụng để tích điện 1 chiều.
Nguyên lý hoạt động tụ điện
- Nguyên lý phóng nạp của tụ điện chính là khả năng tích trữ năng lượng điện giống như một chiếc ắc quy nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường. Nó có thể lưu trữ hiệu quả những electron và phóng ra những điện tích này để tạo lên dòng điện. Mặt khác biệt của tụ điện với ắc quy là tụ điện không thể sinh ra những điện tích electron.
- Nguyên lý nạp xả của tụ điện chính là tính chất đặc trưng và cũng là nguyên lý cơ bản trong hoạt động của tụ điện đó. Nhờ vậy mà tụ điện mới có khả năng dẫn điện xoay chiều tốt.
Công thức tính điện tích của tụ điện
Công thức tính điện tích của tụ điện bằng điện dung của tụ điện nhân với hiệu điện thế
Q = C.U
Trong đó Q. là điện tích của tụ điện C là điện dung của tụ điện U là hiệu điện thế
Bài tập tính điện tích của tụ điện có lời giải chi tiết
Bài tập 1: Trên vỏ của một tụ điện có ghi 30 µF – 200W. Nối hai bản tụ điện lại với hiệu điện thế là 120V. Hỏi điện tích của tụ điện bằng bao nhiêu?
Lời giải
Ta có : C = 30 µF = 30.10 – 6F, Umax = 200W Khi nối hai bản tụ điện với hiệu điện thế 120V thì tụ sẽ tích điện là Q. = C.U = 30.10 – 6.120 = 3600.10 – 6 ( C ) = 36.10 – 4 ( C )
Bài tập 2: Tích điện cho một tụ điện dung là 20 µF, hiệu điện thế là 120V. Sau đó cắt tụ điện ra khỏi nguồn điện. Hỏi điện tích q của bản tụ bằng bao nhiêu?
Lời giải
Áp dụng vào công thức tính tụ điện ta có : Q. = C.U = 20.10 – 6.120 = 24.10 – 4 ( C )
Bài tập 3: Một tụ điện có điện dung là 4 µF. Khi đặt một hiệu điện thế là 6V vào hai bản tụ thì tụ điện tích được điện lượng bằng bao nhiêu?
Lời giải
Ta có : Q = C.U = 4.10 – 6.6 = 24.10 – 6 ( C ) Hy vọng bài viết trên của chúng tôi sẽ giúp các bạn học viên hiểu được tụ điện là gì, công thức tính điện tích của tụ điện và hoàn toàn có thể thuận tiện giải những bài toán từ cơ bản đến nâng cao về tụ điện. Nếu như vẫn còn điều gì do dự, hãy để lại phản hồi bên dưới chúng tôi sẽ giúp giải đáp vướng mắc đó nhanh nhất. Tụ điện là vật mà tất cả chúng ta nếu chú ý sẽ thấy chúng Open 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 tiễn.
Vậy Tụ điện là gì ? Tụ điện có tác dụng gì, làm thế nào thể tích điện cho tụ điện ? Công thức tính điện dung của tụ viết thế nào ? tất cả chúng ta cùng khám phá qua bài viết dưới đây .
I. Tụ điện là gì?
Bạn đang xem : Tụ điện là gì ? Điện dung của tụ điện, Công thức và bài tập – Vật lý 11 bài 6
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 các mạch điện xoay chiều và các 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 trình 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 năng lượng. Đó là 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 nhờ 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 phụ thuộc 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 thực thi 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 HayHocHoi.Vn ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
¤ Xem thêm các bài viết khác tại:
Đăng bởi : THPT Sóc Trăng
Chuyên mục : Giáo Dục
|
