Tụ điện là vật mà nếu để ý chúng ta sẽ thấy, chúng xuất hiện rất nhiều trong các thiết bị điện, điện tử như tivi, tủ lạnh, quạt điện,… nên ta thấy tụ điện được sử dụng khá nhiều trong thực tế.
Bạn đang xem: Công thức tính điện tích của tụ điện
Bạn đang xem: Tụ Điện, Công Thức Tính Điện Tích Của Tụ Điện, Điện Dung Của Tụ Điện, Công Thức Và Bài Tập
Vậy tụ điện là gì? Tụ điện có công dụng gì, tích trữ điện tích cho tụ điện như thế nào? Cách viết công thức tính điện dung của tụ điện? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
I. Tụ điện là gì?
1. Tụ điện là gì?
- Tụ điện là hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.
Tụ điện được sử dụng để lưu trữ điện tích.
- Tụ điện làm nhiệm vụ nạp và phóng điện trong mạch điện nên được dùng phổ biến trong mạch điện xoay chiều và mạch vô tuyến điện.
- Thông thường, một tụ điện phẳng bao gồm hai tấm kim loại phẳng (thường là lá thiếc, kẽm hoặc nhôm) đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi (thường là một lớp giấy có phủ chất cách điện như tẩm parafin). Hai bản kim loại này được gọi là hai bản của tụ điện. Hai tấm và lớp cách nhiệt được cuộn lại và đặt trong vỏ kim loại.
Trong mạch điện, tụ điện được biểu diễn bằng ký hiệu sau:
2. Cách nạp tụ điện
- Để tích điện cho tụ điện, ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện như hình vẽ sau:
Điện tích trên 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 một tụ điện là gì?
1. Định nghĩa điện dung của tụ điện
Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích được điện tích của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định.
Điện dung của tụ điện được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa các bản của nó.
(hoặc Q = CU)
Công thức tính điện dung của tụ điện cấp là:
2. Đơn vị điện dung
Đơn vị của điện dung là fara, ký hiệu là F.
- Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giữa hai bản tụ điện một hiệu điện thế 1 V thì có thể chứa được điện tích 1 C.
- Tụ điện thông dụng, chỉ có điện dung từ 10-12 F đến 10-16 F.
1μF = 10-6(F); 1nF = 10-9(F); 1pF = 10-12(F);
3. Các loại tụ điện
- Người ta thường lấy tên lớp điện môi để gọi tụ điện
- Các loại tụ điện như: Tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm,... tụ điện có điện dung thay đổi được gọi là tụ quay.
- Xin lưu ý: Đối với mọi tụ điện có một hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng, hai bản tụ điện có hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế thế giới thì chất điện môi giữa hai bản tụ điện bị đánh thủng.
* Ví dụ: Trên vỏ của mỗi tụ điện thường có một số dữ liệu, chẳng hạn như 12mF ~ 250(V). Hình đầu tiên cho thấy điện dung của tụ điện. Số liệu thứ hai cho biết giá trị giới hạn của hiệu điện thế đặt vào hai đầu tụ điện. Vượt quá giới hạn đó có thể làm hỏng tụ điện.
4. Năng lượng điện trường trong tụ điện
- Khi tụ điện tích điện, điện trường trong tụ điện sẽ tích trữ một năng lượng. Đây là năng lượng điện trường.
Công thức tính năng lượng điện trường trong tụ điện là:
Tất cả các điện trường đều mang năng lượng.
III. Thực hành tụ điện, điện dung của tụ điện
* Bài 1 trang 33 SGK Vật Lý 11: Tụ điện là gì? Nêu cấu tạo của tụ bù?
° Giải bài 1 trang 33 SGK Vật Lý 11:
- Tụ điện là hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Nó được sử dụng để lưu trữ điện.
- Công dụng của tụ điện: tích điện, phóng điện trong mạch điện.
- Tụ điện phẳng: gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bởi một lớp điện môi.
- Ký hiệu tụ điện trong mạch điện: C
* Bài 2 trang 33 SGK Vật lý 11: Làm thế nào để sạc tụ điện? Điện tích trên tụ gọi là điện tích trên bản nào?
° Giải bài 2 trang 33 SGK Vật Lý 11:
- Để tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản tụ điện 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 trên hai bản có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu.
- Điện tích của bản dương gọi là điện tích của tụ điện.
* Bài 3 trang 33 SGK Vật Lý 11: Điện dung của một tụ điện là gì?
° Đáp án bài 3 trang 33 SGK Vật Lý 11:
- Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích được điện tích của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định, được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện với hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
Xem thêm: thuốc uống ra kinh nguyệt có tốt không
Đơn vị điện dung: Fara (F)
* Bài 4 trang 33 SGK Vật Lý 11: Năng lượng của một tụ điện tích điện là gì?
° Giải bài 4 trang 33 SGK Vật Lý 11:
- Khi tụ điện tích điện thì giữa hai bản tụ điện tồn tại điện trường ⇒ Năng lượng của tụ điện tích điện là năng lượng điện trường.
* Bài 5 trang 33 SGK Vật Lý 11: Gọi Q, C, U lần lượt là điện tích, điện dung và hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện. Khẳng định nào sau đây là đúng?
A. C tỉ lệ thuận với Q
B. C tỉ lệ nghịch với U
C. C phụ thuộc vào Q và U
D. C không phụ thuộc vào Q và U.
Hãy chọn câu phát biểu đúng.
° Giải bài 5 trang 33 SGK Vật Lý 11:
◊ Chọn câu trả lời: D. C không phụ thuộc vào Q và U.
Điện dung của tụ điện được tính theo công thức:
⇒ C chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của tụ điện, không phụ thuộc vào Q và U.
* Bài 6 trang 33 SGK Vật Lý 11: Trường hợp nào sau đây không mắc tụ điện?
Giữa hai tấm kim loại là một lớp
A. Mica
B. Nhựa Polyetylen
C. Giấy tẩm dung dịch muối ăn
D. Giấy tẩm parafin.
° Đáp án bài 6 trang 33 SGK Vật Lý 11:
◊ Chọn câu trả lời: C. Giấy tẩm dung dịch muối ăn
- Vì dung dịch muối là chất dẫn điện nên trường hợp C không phải là tụ điện.
* Bài 7 trang 33 SGK Vật Lý 11: Trên trường hợp của một tụ điện, nó ghi 20μF-200V. Nối hai bản của tụ điện vào hiệu điện thế 120V.
a) Tính điện tích của tụ điện.
b) Tính điện tích cực đại mà tụ điện chứa được.
° Giải bài 7 trang 33 SGK Vật Lý 11:
a) Trên vỏ của một tụ điện có ghi 20μF – 200V.
⇒C = 20 μF = 20.10-6 F, Umax = 200V
- Khi mắc hai bản tụ điện vào hiệu điện thế 120V thì tụ điện tích điện nếu:
Q = CU = 20.10-6.120 = 2400.10-6 (C) = 24.10-4 (C) = 2400 (μC)
b) Điện tích cực đại mà tụ điện tích được (khi nối hai bản tụ điện 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 ra khỏi nguồn.
a) Tính điện tích q của bản.
b) Tính công do điện trường trong tụ điện thực hiện khi phóng điện tích Δq = 0,001q từ bản dương sang bản âm.
c) Xét thời điểm điện tích trên tụ điện chỉ là q/2. Tính công do điện trường sinh ra trong tụ điện khi điện tích Δq được phóng như trên từ bản dương sang bản âm tại thời điểm đó.
° Giải bài 7 trang 33 SGK Vật Lý 11:
a) Điện tích của tụ điện: q = CU = 20.10-6.60 = 12.10-4(C).
Xem thêm: Top 100 Đề Kiểm Tra Hóa Học 11 Có Đáp Án (Tự Tham Khảo), Đề Thi Học Kỳ 1 Hóa 11 Trắc Nghiệm
b) Khi điện tích Δq = 0,001q trong tụ điện phóng từ bản dương sang bản âm thì điện trường bên trong tụ điện sinh công như sau:
A = Δq.U = 0,001qU = 0,001.12.10-4,60 = 72.10-6 (J).
Xem thêm: máy lạnh điện máy xanh có tốt không
c) Điện năng tích lũy:
- Khi phóng một điện tích Δq" = 0,001q" từ bản dương sang bản âm thì điện trường đã thực hiện một công:
Bình luận