Tụ điện, Công thức tính điện dung của tụ điện, Công thức tính năng lượng điện trường trong tụ điện - Vật lý 11 bài 6

Nội dung bài viết này sẽ giúp các em biết: Tụ điện là gì? Công thức tính điện dung của tụ điện? Công thức tính năng lượng điện trường trong tụ điện? đơn vị của điện dung là gì? Cách tích điện cho tụ điện? và các loại tụ điện?

• Giải bài tập Vật lí 11 bài 6: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 trang 33 SGK Vật lí 11 bài 6

I. Tụ điện là gì?

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 nhiệm vụ tích và phóng điện trong mạch điện nên được dùng phổ biến trong các mạch điện xoay chiều và các mạch vô tuyến điện.

• Phổ biến là tụ điện phẳng gồm hai bản 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 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 kim loại.

• Trong mạch điện, tụ điện được biểu 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

1. Định nghĩa điện dung của tụ điện

• Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định.

• Điện dụng của tụ điện được xác định 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: 

• Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:  

(với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản của tụ).

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.

 1μF = 10^-6(F);  1nF = 10^-9(F);  1pF = 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 thay đổi 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 năng lượng.