Lý thuyết và các dạng bài tập tụ điện ( chuẩn)

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) U_gh = 1500V và Q_gh = 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