Biểu thức định nghĩa điện dung của tụ điện là

Các dạng bài tập về điện dung của tụ điện phẳng là một dạng bài tập quan trọng trong chương trình vật lý 11. Vậy định nghĩa điện dung của tụ điện phẳng là gì? Công thức tính điện dung của tụ điện? Cách giải một số dạng bài tập về phần kiến thức điện dung của tụ điện ra sao?… Hãy cùng lize.vn tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây nhé!.

Nội dung chính

  • Khái niệm tụ điện phẳng là gì?
  • Tìm hiểu điện dung là gì?
  • Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng
  • Những cách ghép tụ điện thường gặp
  • Bài tập về điện dung của tụ điện phẳng
  • Tụ điện là gì?
  • Các loại tụ điện phổ biến hiện nay là gì?
  • Tụ điện được ứng dụng như thế nào trong thực tế?
  • Điện dung là gì?
  • Tìm hiểu ý nghĩa của trị số điện dung là gì?
  • Công thức tính điện dung của tụ điện
  • Video liên quan

Đang xem: Công thức tính điện dung của tụ điện

Khái niệm tụ điện phẳng là gì?

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn, các vật này được đặt gần nhau và ngăn cách bằng một lớp cách điện. Chức năng chính của tụ điện phẳng là dùng để chứa điện tích.

Về cấu tạo, tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại phẳng được đặt song song với nhau. Hai bản kim loại này ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi. Để tích điện cho tụ điện,

Để tích điện cho tụ điện phẳng, người ta thường nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện. Trong đó, bản nối cực dương sẽ được tích điện dương và bản nối cực âm sẽ tích điện âm.

Tìm hiểu điện dung là gì?

Điện dung của tụ điện được định nghĩa khi ta đặt vào hai bản cực dẫn điện của tụ điện một điện áp thì những bản cực này sẽ tích các điện tích trái dấu. Trong khoảng không gian này sẽ làm tích lũy ra một điện trường và điện trường này phụ thuộc vào một hệ số C.

Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng

Điện tích Q một tụ điện phẳng tích được sẽ tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt giữa hai bản của tụ điện phẳng đó.

Xem thêm: Tổng Hợp Các Bức Tranh Tô Màu Công Chúa Elsa Đơn Giản Cho Bé Gái

Công thức điện dung của tụ điện phẳng như sau:

Q = CU hay (C = frac{Q}{U})

Trong đó, C là điện dung của tụ điện phẳng nói riêng và tụ điện nói chung. Đại lượng này đặc trưng cho khả năng tích điện của một tụ điện phẳng ở một hiệu điện thế nhất định. Tức là, dưới một hiệu điện thế U nhất định, tụ điện phẳng có điện dung C sẽ tích được điện tích Q.

Từ đó có thể kết luận, Điện dung của tụ điện phẳng được xác định bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ điện và hiệu điện thế U giữa hai bản của tụ điện đó.

Điện dung của một tụ điện phẳng có đơn vị riêng là fara và được ký hiệu là F. Thông thường, các tụ điện có điện dung từ (10^{-12} F) đến (10^{-6} F). Các quy đổi đơn vị này như sau:

READ:  Công Thức Làm Bắp Rang Bơ Tại Nhà Chỉ Với 2 Bước Cực Đơn Giản

1 micrôfara (left ( mu F right ))= (10^{-6} F).1 nanôfara (nF) = (1.10^{-9} F)1 picôfara (pF) = (1.10^{-12} F)

Ngoài công thức trên, người ta còn có thể tính điện dung của tụ điện phẳng bằng công thức:

C = frac{varepsilon S}{4KdPi }

Trong đó:

C: là điện dung tụ điện phẳng, có đơn vị là Fara (F)(varepsilon): Là hằng số điện môi lớp cách điện.d: là chiều dày của lớp cách điện trong tụ điện.S: là diện tích bản cực của tụ điện phẳng.k là hằng số có giá trị bằng 9.109

Những cách ghép tụ điện thường gặp

Bài tập về điện dung của tụ điện phẳng

Dạng bài tập chủ yếu nhất của phần kiến thức này là tính điện dung, điện tích và hiệu điện thế của tụ điện phẳng.

Để làm dạng bài tập này, ta sử dụng các công thức sau:

C = frac{Q}{U}=frac{varepsilon S}{4KdPi }

Bài 1:

Cho tụ điện phẳng bản tròn có bán kính bằng 4cm, hai bản cách nhau một khoảng d = 4cm. Nối tụ với một hiệu điện thế có U = 100V. Tìm điện dung và điện tích của tụ điện phẳng?

Cách giải: 

Với ví dụ này, ta chỉ cần sử dụng công thức: C = frac{varepsilon S}{4KdPi }

Trong đó; S là diện tích bản hình tròn nên (S=Pi r^{2}=Pi .25.10^{-2})

Vậy thay số ta được (C=0,17times 10^{-9}F = 0,17nF)

Bài 2:

Một tụ phẳng đặt trong không khí có các bản hình tròn đường kính 12cm, khoảng cách giữa 2 bản của tụ là 1cm. Tụ điện được nối với hiệu điện thế 300V

Tính điện tích q của tụ điện phẳng này.Ngắt điện khỏi nguồn, nhúng tụ điện vào chất điện môi có hằng số điện môi là 2. Tính điện dung của tụ.

READ:  Tổng Hợp Tất Cả Công Thức Tính Điện Trở Suất Lớp 9 Theo Từng Chương

Xem thêm: Công Thức Xoay Rubik 3X3 Nâng Cao Cfop H2 Rubik Shop, Giải Rubik 3X3 Nâng Cao

Cách giải: 

Áp dụng công thức như ví dụ 1, ta có (C = 10^{-11}F = 0,01 nF)

Lúc này, tụ điện vẫn ở trạng thái cô lập nhưng môi trường thay đổi nên hàng số điện môi cũng đã thay đổi, suy ra: (C_{1} = varepsilon C = 2.0,01= 0,02 nF)

Bài 3:

Một tụ phẳng đặt trong không khí có điện dung C = 600 pF. Hiệu điện thế U giữa hai bản tụ là 600V. Hãy tính điện tích của tụ điện phẳng này khi:

Ngắt tụ ra khỏi nguồn, đưa hai bản tụ ra xa để tăng khoảng cách của chúng lên gắp đôi. Tính điện dung (C_{1})

Cách giải: 

Khi ngắt nguồn ta có hệ thức (frac{C_{1}}{C} = frac{d}{d^{‘}}) suy ra: (C_{1}= frac{Cd}{d^{‘}}=300pF)

Với dạng bài này, đề có thể yêu cầu tính thêm hiệu điện thế U và năng lượng Q. Để giải các yêu cầu này, chúng ta cần áp dụng công thức: (C = frac{Q}{U}) để tính U và Q nhé.

Vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về tụ điện phẳng cũng như công thức và một số dạng bài tập về điện dung của tụ điện phẳng rồi. Đây là một dạng bài tập trọng tâm trong chương trình vật lý 11. Vì thế, nếu có bất cứ thắc mắc nào về điện dung của tụ điện phẳng, hãy để lại nhận xét dưới đây để cùng lize.vn trao đổi và tìm hiểu nhé.

Xem chi tiết qua video:

Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Công thức

TỤ ĐIỆN

I. Tụ điện

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.

– Nó dùng để chứa điện tích. 

– Tụ điện được dùng phổ biến là tụ điện phẳng. Cấu tạo của tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.

– Trong mạch điện, tụ điện được biểu diễn bằng kí hiệu vẽ trên Hình 6.1.

2. Cách tích điện cho tụ điện.

– Muốn tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện (Hình 6.2).

– Bản nối cực dương sẽ tích điện dương, bản nối cực âm sẽ tích điện âm.

– Độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện khi đã tích điện gọi là điện tích của tụ điện.

II. Điện dung của tụ điện.

1. Định nghĩa

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.

\(Q = CU\) hay \(C=\dfrac{Q}{U}\)       (6.1)

Đại lượng C được gọi là điện dung của tụ điện. Nó đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Thật vậy, dưới một hiệu điện thế U nhất định, tụ có điện dung C sẽ tích được điện tích Q lớn.

Vậy : Điện dung của tụ điện được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

Video mô phỏng tụ điện

2. Đơn vị điện dung

Trong công thức (6.1) nếu Q đo bằng đơn vị Cu-lông (C), U đo bằng đơn vị là Vôn  (V) thì C đo bằng đơn vị 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 10-6 F. Vì vậy ta thường dùng các ước của fara:

1 micrôfara (kí hiệu là μF) = 1.10-6 F.

1 nanôfara (kí hiệu là nF) = 1.10-9 F.

1 picôfara (kí hiệu là pF) = 1.10-12 F.

3. Các loại tụ điện

+ Người ta lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện : tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm,…

+ Người ta còn chế tạo tụ điện có điện dung thay đổi được (còn gọi là tụ xoay ).

III. Ghép tụ điện

IV. Năng lượng của điện trường trong tụ điện

Người ta chứng minh được công thức tính năng lượng của điện trường trong tụ điện:

\(W = \dfrac{{Q.U}}{2} = \dfrac{{C.{U^2}}}{2} = \dfrac{{{Q^2}}}{{2C}}\)

Sơ đồ tư duy về tụ điện

Điện dung của tụ điện là kiến thức quan trọng trong chương trình Vật lý 11. Vậy nên, trong bài viết sau đây, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về tụ điện là gì? Điện dung là gì? Đơn vị và công thức tính điện dung của tụ điện là gì? Điện dung của tụ phụ thuộc và không phụ thuộc vào yếu tố nào?

Tụ điện là gì?

Tụ điện là một linh kiện điện tử để lưu trữ năng lượng có nhiều kích thước và hình dạng. Tụ có cấu tạo gồm 2 bản cực đặt song song và ngăn cách bởi lớp điện môi ở giữa. Bản cực là những vật liệu dẫn điện và người ta thường sử dụng kim loại mỏng. Điện môi là những chất cách điện như thủy tinh, gốm hay các vật liệu khác.

Tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng lại có tính chất cách điện với dòng 1 chiều. Pin và tụ điện giống nhau ở chỗ đều lưu trữ năng lượng. Tuy nhiên, pin sẽ giải phóng năng lượng dần dần, còn tụ thì lại xả điện rất nhanh.

Các loại tụ điện phổ biến hiện nay là gì?

  • Tụ hóa: Là loại tụ có hình trụ và được phân cực âm (-), dương (+). Bạn sẽ xem được giá trị điện dung trên thân tụ. Loại tụ này thường có điện dung từ 0,47 µF cho đến 4700 µF.

  • Tụ gốm, tụ giấy và tụ mica: Là loại tụ có hình dẹt, không phân cực âm dương. Các trị số của tụ được ký hiệu trên thân bằng 3 số. Loại tụ này có chỉ số điện dung khá nhỏ và chỉ khoảng 0,47 µF.

  • Tụ xoay: Đây là loại tụ có cấu tạo khá đặc biệt. Chính vì thế, nó có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung.

  • Tụ Lithium ion: Loại tụ này có năng lượng rất lớn và thường dùng để tích điện 1 chiều.

Tụ điện được ứng dụng như thế nào trong thực tế?

Trong thực tế, tụ điện rất thông dụng trong kỹ thuật điện và điện tử. Cụ thể, tụ điện được ứng dụng để chế tạo:

  • Hệ thống âm thanh xe ô tô: Tụ điện sẽ lưu trữ năng lượng để bộ khuếch đại sử dụng khi cần thiết.

  • Máy tính nhị phân có các ống điện tử: Tụ sẽ dùng để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động.

  • Chế tạo thiết bị điện tử: Tụ điện được sử dụng trong radar, máy phát điện, vũ khí hạt nhân, thí nghiệm vật lý,…

  • Tụ được dùng để tích trữ năng lượng và làm nguồn cung cấp năng lượng.

  • Ngoài ra, tụ điện còn được ứng dụng trong việc khởi động động cơ, xử lý tín hiệu, mạch điều chỉnh,…

Điện dung là gì?

Điện dung của tụ điện là một đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ tại một hiệu điện thế nhất định. Khi ta đặt một điện áp vào 2 bản cực dẫn điện của tụ điện thì các bản cực này sẽ tích những điện tích trái dấu. Khi đó, một điện trường sẽ được tích lũy trong khoảng không gian này. Điện trường được tích lũy sẽ phụ thuộc vào điện dung của tụ điện.

Tìm hiểu ý nghĩa của trị số điện dung là gì?

Trị số điện dung sẽ cho ta biết khả năng tích lũy năng lượng điện trường của tụ điện.

Điện dung của tụ điện có đơn vị là Fara và được ký hiệu là F. Fara chính là điện dung của tụ điện mà khi ta đặt giữa 2 bản tụ hiệu điện thế 1V thì nó tích được điện tích 1C. 1 Fara có trị số rất lớn. Chính vì vậy, người ta thường sử dụng những đơn vị nhỏ hơn cho những công việc trong thực tế.

  • 1 microfarad (μF)= 1.10^-6 (F).

  • 1 nanofarad (nF) = 1.10^-9 (F).

  • 1 picofarad (pF) = 1.10^-12 (F).

Công thức tính điện dung của tụ điện

Điện dung của tụ điện được tính bằng thương số giữa điện tích của tụ và hiệu điện thế giữa 2 bản cực. Công thức là:

Trong đó:

  • C là ký hiệu điện dung của tụ điện (F).

  • q là điện tích của tụ điện.

  • U là ký hiệu của hiệu điện thế giữa 2 bản tụ (V).

Dạng tụ điện phẳng có công thức tính điện dung là gì?

Ta có công thức như sau:

Trong đó:

  • d là khoảng cách giữa 2 bản tụ hoặc chiều dày của lớp cách điện, đơn vị là m.

  • S là diện tích bản tụ, đơn vị là m2.

  • ε là hằng số điện môi của môi trường cách điện giữa 2 bản tụ.

Từ công thức trên, ta thấy điện dung của tụ điện không phụ thuộc vào bản chất của 2 bản tụ. Mà nó sẽ phụ thuộc vào hằng số điện môi giữa 2 bản tụ, diện tích và khoảng cách của 2 bản tụ.

Công thức tính điện dung của dạng tụ điện trụ như thế nào?

Ta có công thức:

Trong  đó:

  • H là chiều cao của bản tụ, đơn vị là m.

  • R1 là bán kính tiết diện mặt trụ bên trong.

  • R2 là bán kính tiết diện mặt trụ bên ngoài.

Công thức tính điện dung của kiểu tụ điện cầu là gì?

Ta có công thức:

Trong đó:

  • R1 là bán kính mặt cầu bên trong.

  • R2 là bán kính mặt cầu bên ngoài.

Tìm hiểu công thức tính điện dung của bộ tụ điện

  • Tụ điện ghép song song:
  • Tụ điện ghép nối tiếp:

Hy vọng bài viết trên của kienthucmaymoc.com sẽ giúp cho các bạn hiểu thêm về điện dung là gì? Công thức tính điện dung của từng loại tụ và một số kiến thức liên quan khác. Đây là chủ đề trọng tâm của môn Vật lý 11. Vì vậy, nếu bạn có thắc mắc và các ý kiến đóng góp thì hãy bình luận trong phần dưới đây nhé!

>>> Xem thêm: Điện trở của dây dẫn là gì? Công thức điện trở của dây dẫn