Tụ điện là gì? Công thức tính tụ điện (chi tiết nhất)

Bài viết Tụ điện là gì? Công thức tính tụ điện với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Tụ điện là gì? Công thức tính tụ điện.

Tụ điện là gì? Công thức tính tụ điện (chi tiết nhất)

1. Tụ điện là gì?

- Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt cạnh nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện

- Tụ điện dùng để chứa điện tích

- Nhiệm vụ: tích và phóng điện trong mạch điện

- Một số loại tụ điện:

- Biểu diễn trong mạch điện:

2. Cấu tạo của tụ điện

- Là tập hợp của hai hay nhiều vật dẫn ngăn cách bởi lớp điện môi.

- Cấu tại của tụ điện gồm ít nhất hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và dược ngăn cách bởi một lớp điện môi.

- Dây dẫn của tụ điện có thể dử dụng làm giấy bạc, màng mỏng.....

- Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, mang nhựa hoặc không khí. các điện môi này không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện. Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng.

3. Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.

- Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hoặc xả tụ dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến.

4. Công dụng của tụ điện

- Tụ điện cho biết khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện, lưu trữ điện tích hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc quy. Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.

- Tụ điện cho phép áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Đặc biệt, khi tần số điện xoay chiều (điện dung của tụ càng lớn) thì dung kháng càng nhỏ. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện

- Do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp, xả thông minh, ngăn điện áp một chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch điện thế.

- Tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều bằng phương pháp loại bỏ pha âm.

Hiện nay, tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử. Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi bưởi tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại được sử dụng. Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử. Trong các chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng của tụ điện dùng trong các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, rada, vũ khí hạt nhân...Tụ điện giúp cho việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng, xử lý tín hiệu, khởi động cơ, mạch điều chỉnh...Tụ được lắp đặt trong các bo mạch của bếp từ.

5. Cách tính điện cho tụ điện

- Nối hai bản tụ điện vào hai cực của nguồn điện tương ứng

- Do sự nhiễm điện do hưởng ứng, điện tích hai bản bao giờ cũng có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu

6. Điện dung của tụ:

• Định nghĩa: 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. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

$C=\frac{Q}{U}$

• Đơn vị: Fara (F)

1μF = 10-6F

1nF = 10-9F

1pF = 10-12F

• Các loại tụ điện: tụ không khí, tụ giấy, tụ sứ…

• Tụ có điện dung thay đổi gọi là tụ xoay.

• Trên vỏ tụ thường ghi 1 cặp số.

VD: 10μF - 250V: trong đó 10μF là điện dung của tụ

250V là giá trị giới hạn của hiệu điện thế có thể đặt vào tụ. Quá giới hạn đó, tụ có thể bị hỏng.

• Năng lượng của điện trường trong tụ: $\text{W}=\frac{Q^2}{2C}=\frac{U^{2}C}{2}=\frac{QU}{2}$ $C=\frac{Q}{U}$

7. Bài tập tụ điện

Câu 1. Phát biểu nào dưới đây là sai?

A. Điện trở dùng hạn chế hoặc điều chỉnh dòng điện và phân chia điện áp trong mạch điện

B. Tụ điện có tác dụng ngăn cản dòng điện 1 chiều và cho dòng điện xoay chiều đi qua

C. Cuộn cảm thường dùng để dẫn dòng điện một chiều, chặn dòng điện cao dần

D. Điện áp định mức của tụ là trị số điện áp đặt vào hai cực tụ điện để nó hoạt động bình thường

Đáp án đúng là D

Câu 2. Chọn phát biểu sai trong những phát biểu được liệt kê dưới đây?

A. Điện dung của tụ điện đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định

B. Tụ điện là dụng cụ thường dùng để tích và phóng điện trong mạch

C. Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và cách nhau bởi một lớp cách điện

D. Điện tích Q mà tụ điện tích được tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế đặt giữa hai bản của nó

Đáp án đúng là D

Câu 3. Trường hợp nào sau đây tạo thành một tụ điện?

A. Hai bản bằng nhôm phẳng song song giữa hai bản là một lớp giấy tẩm dung dịch NaOH

B. Hai bản bằng nhựa phẳng đặt song song giữa hai bản là một lớp giấy tẩm paraphin

C. Hai bản bằng nhôm phẳng đặt song song giữa hai abnr la một lớp giấy tẩm paraphin

D. hai bản bằng thủy tinh phẳng đặt song song giữa hai bản là một lớp giấy tẩm dung dịch muối ăn

Đáp án đúng là C

Câu 4. Một tụ có điện dung 2 μF. Khi đặt một hiệu điện thế 4 V vào 2 bản của tụ điện thì tụ tích được một điện lượng là

A.${2.10}^{-6}C.$

B.${16.10}^{-6}C.$

C.${4.10}^{-6}C.$

D.${8.10}^{-6}C.$

Hướng dẫn:

Chọn D.

Điện tích $Q=CU={2.10}^{-6}.4={8.10}^{-6}C$

Câu 5. Hai đầu tụ 20 μF có hiệu điện thế 5V thì năng lượng tụ tích được là

A. 0,25 mJ.

B. 500 J.

C. 50 mJ.

D. 50 μJ.

Hướng dẫn:

Chọn A.

Năng lượng của tụ:

$\text{W}=\frac{U^{2}C}{2}=\frac{5^2{\mathrm{.20.10}}^{-6}}{2}={250.10}^{-6}\left(J\right)=0,25\left(mJ\right)$

Câu 6. Một tụ điện được tích điện bằng một hiệu điện thế 10 V thì năng lượng của tụ là 10 mJ. Nếu muốn năng lượng của tụ là 22,5 mJ thì hai bản tụ phải có hiệu điện thế là

A. 15 V.

B. 7,5 V.

C. 20 V.

D. 40 V.

Hướng dẫn:

Chọn A.

Năng lượng của điện trường trong tụ: $\text{W}=\frac{U^{2}C}{2}$

$\Rightarrow \frac{{\text{W}}_1}{{\text{W}}_2}={\left(\frac{U_1}{U_2}\right)}^2\Rightarrow \frac{10}{22,5}=\frac{{10}^2}{U_2^2}\Rightarrow U_2=15V$

Xem thêm các bài viết để học tốt môn Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Cảm kháng là gì? Công thức tính cảm kháng

• Chu kì con lắc đơn là gì? Công thức tính chu kì con lắc đơn

• Chuyển động cơ học là gì? Công thức tính chuyển động cơ học

• Chuyển động nhanh dần đều là gì? Công thức tính chuyển động nhanh dần đều

• Cơ năng là gì? Công thức tính cơ năng

• Vật nhiễm điện là gì? Công thức tính vật nhiễm điện

---