Lý thuyết Vật lí Lớp 11 - Chương 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 4: Tụ điện

Nội dung text: Lý thuyết Vật lí Lớp 11 - Chương 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 4: Tụ điện

1. CHƯƠNG CHUYÊN ĐỀ 4 – TỤ ĐIỆN A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ 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. Mỗi vật dẫn đó gọi là một bản của tụ điện. Tụ điện dùng để chứa điện tích. Tụ điện là dụng cụ được dùng phổ biến trong các mạch điện xoay chiều và các mạch vô tuyến. Nó có nhiệm vụ tích và phóng điện trong mạch điện. Độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện khi đã tích điện gọi là điện tích của tụ điện. Tụ điện được dùng phổ biến là tụ điện phẳng. Tụ điện phẳng là tụ điện được cấu tạo bởi hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bởi một lớn điện môi. Hai bản kim loại này gọi là hai bản của tụ điện. Trong mạch điện, tụ điện được kí hiệu như hình bên. 2. Cách tích điện cho tụ điện Để tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện, cực nối với bản dương sẽ tích điện dương, cực nối với bản âm sẽ tích điện âm. Điện tích của hai bản bao giờ cũng có độ lớn bằng nhau, nhưng trái dấu nhau. Ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện. 3. Điện dung của tụ điện Người ta chứng minh được rằng: Điện tích Q mà một tụ điện nhất định tích được tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt giữa hai bản của nó. Q Q CU hay C U Q Điện dung của tụ điện C là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện U thế nhất định. Đơn vị điện dung là fara (kí hiệu là F). Người ta thường dùng các ước của Fara (vì các tụ điện thường dùng chỉ có điện dung từ 10-12F đến 10-6F. 1F 10 6 F F : microfara 1 nF 10 9 F nF : nanofara 1pF 10 12 F pF : picofara 4. Tụ điện phẳng Điện dung của tụ điện phẳng được xác định bởi công thức: Trang 1
2. S C k4 d Trong đó: S là diện tích phần đối diện giữa hai bản tụ (m2). d là khoảng cách giữa hai bản (m).  là hằng số điện môi của lớp điện môi chiếm đầy giữa hai bản. k = 9.109 (Nm2/C2). C là điện dung của tụ điện phẳng (F). Mỗi tụ điện có một hiệu điện thế giới hạn. Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ vượt quá hiệu điện thế giới hạn thì lớp điện môi giữa hai bản tụ bị đánh thủng, tụ điện bị hỏng. 5. Ghép các tụ điện a. Ghép song song Xét một bộ tụ gồm n tụ C1, C2, , Cn mắc song song như hình vẽ. Gọi U là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch, U1,U2, , Un là hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện C1,C2, ,Cn. Khi các tụ điện mắc song song với nhau thì ta có U = U1 = U2 = = Un Ta thay các tụ C1, C2, , Cn bởi một tụ điện Cb có tác dụng tương tự như bộ gồm n tụ trên, khi đó điện tích của tụ Cb là Qb = Q1 + Q2 + + Qn Chia cả hai vế của phương trình trên cho U và chú ý U = U1 = U2 = = Un ta có Q Q Q Q b 1 2 n U U1 U2 Un Từ đó suy ra Cb C1 C2  Cn Đây chính là công thức tính điện dung của bộ tụ mắc song song với nhau. b. Ghép nối tiếp Xét một bộ tụ gồm n tụ C1, C2, , Cn mắc nối tiếp như hình vẽ. Ta thay các tụ C1, C2, , Cn bởi một tụ điện C b có tác dụng tương tự như bộ gồm n tụ trên. Vì bản âm của tụ này nối với bản dương của tụ kia, nên điện tích của các tụ là như nhau, và là điện tích của tụ Cb Qb = Q1 = Q2 = = Qn Khi các tụ điện mắc nối tiếp với nhau, ta có U = U1 + U2 + + Un Chia cả hai vế của phương trình trên cho Q và chú ý Qb = Q1 = Q2 = = Qn ta có U U U U 1 2 n Qb Q1 Q2 Qn Trang 2
3. 1 1 1 1 Từ đó suy ra: Cb C1 C2 Cn Trang 3