Bài viết tóm tắt định nghĩa tụ điện, điện dung, năng lượng của tụ điện và dạng bài tập cơ bản tính các đại lượng liên quan đến tụ điện.
LÝ THUYẾT VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP TỤ ĐIỆN
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1.Tụ điện
-Định nghĩa : Hệ 2 vật dẫn đặt gần nhau, mỗi vật là 1 bản tụ. Khoảng không gian giữa 2 bản là chân không hay điện môi. Tụ điện dùng để tích và phóng điện trong mạch điện.
-Tụ điện phẳng có 2 bản tụ là 2 tấm kim loại phẳng có kích thước lớn ,đặt đối diện nhau, song song với nhau.
2. Điện dung của tụ điện
- Là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ
\[C=\frac{Q}{U}\] [Đơn vị là F, mF….]
- Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:
.\[C=\frac{\varepsilon .S}{9.10^{9}.4\pi .d}\] Với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản.
Ghi chú : Với mỗi một tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ hđt lớn hơn hđt giới hạn thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng.
4. Năng lượng của tụ điện
- Khi tụ điện được tích điện thì giữa hai bản tụ có điện trường và trong tụ điện sẽ dự trữ một năng lượng. Gọi là năng lượng điện trường trong tụ điện.
- Công thức: \[W=\frac{Q.U}{2}=\frac{C.U^{2}}{2}=\frac{Q^{2}}{2C}\]
B. CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN
Dạng : Tính điện dung, điện tích, hiệu điện thế và năng lượng của tụ điện
Phương pháp: Sử dụng các công thức sau
- Công thức định nghĩa : C[F] = \[\frac{Q}{U}\] => Q = CU
- Điện dung của tụ điện phẳng : C =\[\frac{\varepsilon S}{4k\pi d}\]
- Công thức: \[W=\frac{Q.U}{2}=\frac{C.U^{2}}{2}=\frac{Q^{2}}{2C}\]
Chú ý: + Nối tụ vào nguồn: U = hằng số
+ Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số
C. 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 \[\varepsilon =2\], 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 3.105V/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 = 20 cm, đặt cách nhau 1 cm, chất điện môi giữa hai bản tụ là thủy tinh có \[\varepsilon\] = 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 = 0,5 cm; diện tích một bản là 36 cm2. Mắc tụ vào nguồn điện có hiệu điện thế U=100 V.
1. Tính điện dung của tụ điện và điện tích 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 hđt giữa 2 bản tụ
Tất cả nội dung bài viết. Các em hãy xem thêm và tải file chi tiết dưới đây:
Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Vật lý lớp 11 - Xem ngay
>> Học trực tuyến Lớp 11 trên Tuyensinh247.com. Cam kết giúp học sinh lớp 11 học tốt, hoàn trả học phí nếu học không hiệu quả.
Hiệu điện thế là một trong những thành phần quan trọng của mạch điện. Vậy công thức tính hiệu điện thế như thế nào để xác định được giá trị của hiệu điện thế? Cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé.
Nó chính là sự chênh lệch về điện thế giữa hai cực. Hay đơn giản, hiệu điện thế là công thực hiện được để di chuyển một hạt điện tích trong trường tĩnh điện, từ điểm này đến điểm kia. Hiệu điện thế có thể đại diện cho nguồn năng lượng [lực điện], hoặc sự mất đi, sử dụng, hoặc năng lượng lưu trữ [giảm thế].
Khi chuyển từ nơi có điện thế cao đến nơi có giá trị điện thế thấp hơn đồng thời sẽ tạo ra một điện trường có cùng hướng dịch chuyển.
Đây là một đại lượng vô hướng và có giá trị xác định. Nhưng giá trị xác định này sẽ không cố định mà sẽ phụ thuộc vào tính chất của đoạn mạch cũng như sự hao phí trong quá trình truyền tải.
Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng của điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt nó ở một diện tích q; được xác định bằng thương số của công, lực điện tác dụng lên điện tích q khi di chuyển từ M ra xa vô cực và độ lớn của P.
Điện trường là môi trường bao quanh điện tích, gắn liền với điện tích. Điện trường sẽ tác dụng lực lên các điện tích khác đặt trong nó. Nơi nào có điện tích thì xung quanh đều có điện trường.
Hiệu điện thế có ký hiệu đơn giản là U. Đơn vị đo hiệu điện thế là Vôn và có kí hiệu là V.
Ngoài sử dụng đơn vị đo vôn, người ta còn dùng các đại lượng nhỏ hơn như milivon [mV] hay lớn hơn như kilovon [kV] để đo hiệu điện thế.
Công thức quy đổi vôn với các đại lượng khác: 1mV = 0.001V; 1kV = 1000V,…
Hiệu điện thế của các nguồn điện khác nhau sẽ khác nhau, cụ thể:
- Ổ điện trong nhà có U =220V.
- Pin tròn có hiệu điện thế U = 1.5V.
- Ắc quy xe máy U = 9 hoặc 12V.
Tuy nhiên, ở một số quốc gia khác như Nhật Bản, ổ điện trong nhà có U = 110V.
Dưới đây là công thức tính hiệu điện thế cơ bản và công thức tính hiệu điện thế khác.
Hiệu điện thế cơ bản [dựa trên mối liên hệ giữa cường độ dòng điện I và điện trở R] có công thức tính là: U=I.R, trong đó:
- U là hiệu điện thế [V]
- I là cường độ dòng điện [A]
- R là điện trở của vật dẫn điện có giá trị không đổi [Ω]
Ví dụ:Trong mạch điện AB với cường độ dòng điện I = 12A có lắp điện trở R = 3 Ω. Vậy UAB bằng bao nhiêu?
Lời giải: UAB = I x R = 12 x 3 = 36 [V].
Ngoài ra, chúng ta còn có thể tính hiệu điện thế U thông qua giá trị công và điện tích.
Trong chương trình vật lý phổ thông, khi được tìm hiểu về điện tích cùng công thực hiện, chúng ta có công thức:
U = [A1-A2]/q = A12/q, trong đó:
- U là cường độ dòng điện [V].
- A1 và A2 là công dịch chuyển điện tích từ vị trí 1, vị trí 2 và vô cực [J].
- q là giá trị điện tích [C].
Ví dụ: Đoạn mạch BD có A1 = 40J, A2 = ½ A1 với điện tích q = 10C. Hỏi cường độ dòng điện của mạch là bao nhiêu?
Lời giải: A2 = ½ A1 = 20J.
UBD = [A1-A2]/q = [40-20]/10 = 2[V].
Bài viết trên đây đã đưa ra câu trả lời cho câu hỏi: Công thức tính hiệu điện thế. Ngoài ra còn cung cấp cho người đọc khái niệm, ký hiệu và một số vấn đề xung quanh hiệu điện thế. Mong rằng những thông tin trên sẽ hỗ trợ người đọc trong quá trình tham khảo tài liệu.
Tham khảo thêm bài viết: Công thức tính cường độ dòng điện
1 trả lời
Trong sơ đồ dưới, đâu là mạch chính [Vật lý - Lớp 9]
1 trả lời
Tính hiệu điện thế hai đầu M, N [Vật lý - Lớp 9]
1 trả lời
Tính thời gian cano ngược dòng [Vật lý - Lớp 8]
1 trả lời
Tính tích [Vật lý - Lớp 7]
3 trả lời