Tổng quan về Tụ điện và các dạng bài tập (chuẩn)

Chào các bạn! Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu về lý thuyết và các dạng bài tập liên quan đến Tụ điện. Các bạn đã sẵn sàng chưa? Hãy cùng Izumi.Edu.VN bắt đầu nhé!

Định nghĩa về Tụ điện

Tụ điện là hệ 2 vật dẫn đặt gần nhau, mỗi vật là một bản tụ. Khoảng không gian giữa 2 bản được gọi là chân không hoặc điện môi. Tụ điện được sử dụng để tích và phóng điện trong mạch điện.

Bạn đang xem: Tổng quan về Tụ điện và các dạng bài tập (chuẩn)

Trong đó, Tụ điện phẳng là loại tụ có 2 bản tụ là 2 tấm kim loại phẳng có kích thước lớn, đặt đối diện và song song với nhau.

Điện dung của tụ điện

Điện dung của tụ điện được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ. Được biểu diễn bằng công thức C = Q/U, với Q là điện tích và U là hiệu điện thế. Đơn vị của điện dung là F, mF,…

Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng là: C = (ε.S)/(9.10^9.4π.d), trong đó S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản.

Lưu ý: Mỗi tụ điện có một hiệu điện thế giới hạn. Nếu đặt hiệu điện thế lớn hơn giới hạn vào hai bản tụ, điện môi giữa hai bản sẽ bị đánh thủng.

Năng lượng của tụ điện

Khi tụ điện được tích điện, giữa hai bản tụ có điện trường và tụ điện sẽ lưu trữ một năng lượng. Gọi là năng lượng điện trường trong tụ điện.

Công thức tính năng lượng của tụ điện là: W = (Q.U)/2 = (C.U^2)/2 = Q^2/(2C)

Các dạng bài tập cơ bản

Dạng: Tính điện dung, điện tích, hiệu điện thế và năng lượng của tụ điện

Phương pháp giải bài tập này sử dụng các công thức sau:

• Công thức định nghĩa: C(F) = Q/U => Q = CU
• Điện dung của tụ điện phẳng: C = (ε.S)/(4kπ.d)
• Công thức tính năng lượng của tụ điện: W = (Q.U)/2 = (C.U^2)/2 = Q^2/(2C)

Chú ý:

• Khi nối tụ vào nguồn: U là hằng số
• Khi ngắt tụ khỏi nguồn: Q là hằng số

Bài tập áp dụng

Bài 1: Một tụ điện phẳng hình tròn có bán kính là 4cm, giữa hai bản là một lớp điện môi có ε = 2, khoảng cách giữa hai bản là 2cm. Đặt vào tụ hiệu điện thế U = 200V.
a. Tính điện dung của tụ.
b. Điện tích của tụ điện.
c. Năng lượng của tụ điện.

Bài 2: Cho hai bản của một tụ điện phẳng có dạng hình tròn, bán kính R = 30cm, khoảng cách giữa hai bản là d = 5mm, môi trường giữa hai bản là không khí.
a. Tính điện dung của tụ điện.
b. Biết rằng không khí chỉ còn tính chất cách điện khi cường độ điện trường tối đa là 3.10^5 V/m. Hỏi:
a) Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai bản mà chưa xảy ra phóng điện.
b) Có thể tích điện cho tụ điện điện tích lớn nhất là bao nhiêu mà tụ điện không bị đánh thủng? (ĐS: a) 5.10^-10F, b) Ugh = 1500V và Qgh = 75.10^-8C)

Bài 3: Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ hình vuông cạnh a = 20cm, đặt cách nhau 1cm, chất điện môi giữa hai bản tụ là thủy tinh có ε = 6. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ là 50V.
a. Tính điện dung của tụ.
b. Tính điện tích mà tụ đã tích được.
c. Nếu tụ được tích điện dưới hiệu điện thế U’ thì năng lượng điện trường tích lũy trong tụ là 531.10^-9 J. Tính điện tích trên mỗi bản tụ khi đó. (ĐS: a)2,12.10^-10F; b)1,06.10^-8C; c)1,5.10^-8C)

Bài 4: Một tụ điện phẳng có điện môi không khí; khoảng cách giữa 2 bản là d = 0,5cm; diện tích một bản là 36cm^2. Mắc tụ vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 100V.

1. Tính điện dung của tụ điện và điện tích trên tụ.
2. Tính năng lượng điện trường trong tụ điện.
3. Nếu người ta ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi nhúng nó chìm hẳn vào một điện môi lỏng có hằng số điện môi ε = 2. Tìm điện dung của tụ và hiệu điện thế của tụ.
4. Nếu người ta không ngắt tụ khỏi nguồn và đưa tụ vào điện môi lỏng như ở phần 3. Tính điện tích và hiệu điện thế giữa 2 bản tụ.

Đó là những kiến thức căn bản về Tụ điện và các dạng bài tập. Hy vọng rằng bài viết này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về chủ đề này và áp dụng vào việc giải quyết các bài tập. Hãy truy cập Izumi.Edu.VN để khám phá thêm nhiều khóa học hấp dẫn khác nhé.

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Tài liệu điện