Vật lí 11 BÀI 6: TỤ ĐIỆN

[Elishuchi]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

VẬT LÍ 11​

BÀI 6: TỤ ĐIỆN​

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM​

1. Tụ điện​

+ 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.

• Tụ điện dùng để chứa điện tích.
• Tụ điện là dụng cụ được dùng phổ biến trong các mạch điện xoay chiều và các mạch vô tuyến điện, Nó có nhiệm vụ tích và phóng điện trong mạch điện.
• 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.
• Kí hiệu tụ điện trong mạch điện

+ 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 như hình vẽ

• 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.
• Người ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện.

2. Điện dung của tụ điện​

+ Định nghĩa: Điện dung của tụ là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ. Nó được xác định theo công thức được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
+ Công thức: [imath]C=QU=const.[/imath]

• Với: [imath]Q[/imath] là độ lớn điện tích trên mỗi bản tụ (hai bản tụ tích điện trái dấu và cùng độ lớn).

[imath]U[/imath] là hiệu điện thế giữa hai bản.
[imath]C[/imath] là điện dung của tụ điện ; đơn vị : fara, kí hiệu [imath]F.[/imath]
+ Đơn vị điện dung:

• Đơn vị điện dung là Fara, kí hiệu là [imath]F[/imath].
• Trong công thức [imath]C=\dfrac Q U[/imath] nếu [imath]Q[/imath] đo bằng đơn vị Cu-lông [imath](C), U[/imath] đo bằng đơn vị là Vôn ([imath]V[/imath]) thì [imath]C[/imath] đo bằng đơn vị fara ([imath]F[/imath]).
• Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giữa hai bản của nó hiệu điện thế [imath]1 V[/imath] thì nó tích được điện tích [imath]1 C.[/imath]
• Các tụ điện thường dùng chỉ có điện dung từ [imath]10^{-12} F[/imath] đến [imath]10^{-6} F[/imath]. Vì vậy ta thường dùng các ước của fara:

1 micrôfara (kí hiệu là [imath]\mu F[/imath]) [imath]= 1.10^{-6} F.[/imath]
1 nanôfara (kí hiệu là [imath]\eta F[/imath]) [imath]= 1.10^{-9} F[/imath].
1 picôfara (kí hiệu là[imath]\rho F[/imath]) [imath]= 1.10^{-12} F.[/imath]

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,…

Trên bỏ mỗi tụ điện thường có ghi cặp số liệu như [imath]10 \mu F – 250V[/imath], cho biết điện dung của tụ và hiệu điện thế giới hạn có thể đặt vào hai cực của tụ.

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

Tụ xoay có một bản cố định (thực ra là một hệ thống bản) hình bán nguyệt và một bản linh động cũng hình bán nguyệt. Bản linh động có thể xoay quanh một trục vuông góc với bản cố định tại tâm. Khi xoay bản linh động, diện tích của phần đối diện giữa hai bản sẽ thay đổi làm cho điện dung của tụ điện thay đổi.

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: [imath]W=\dfrac{Q^2}{2C}[/imath]

B. GIẢI CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA​

C1 :​

Sau khi tích điện cho tụ điện, nếu nối hai bản bằng một dây dẫn thì sẽ xảy ra hiện tượng gì?

Trả lời:
Sau khi tích điện cho tụ điện, nếu nối hai bản bằng một dây dẫn thì sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện từ bản này qua bản kia qua dây dẫn, kết quả là tụ điện sẽ mất hết điện tích. Đó là vì điện trường do các điện tích của tụ điện tạo ra trong dây dẫn sẽ làm cho các êlectron tự do trong dây dẫn chạy theo chiều từ bản âm sang bản dương, làm cho êlectron của bản âm giảm dần và điện tích dương của bản dương bị trung hòa dần cho đến khi hết hẳn.

Chúc các bạn học tốt!
Xem thêm tại
BÀI 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG. ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN
BÀI 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN
BÀI 5: ĐIỆN THẾ. HIỆU ĐIỆN THẾ

 

[Elishuchi]

C. BÀI TẬP SGK​

Bài 1 :​

Tụ điện là gì? Tụ điện phẳng có cấu tạo như thế nào?

Lời giải:

• Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Nó dùng để tích điện.
• Tụ điện phẳng: cấu tạo gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.

Bài 2 :​

Làm thế nào để tích điện cho tụ điện? Người ta gọi điện tích của tụ điện là điện tích của bản nào?

Lời giải:

Muốn tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện như hình vẽ 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. Người ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện.

Bài 3 :​

Điện dung của tụ điện là gì?

Lời giải:
+ Định nghĩa: Điện dung của tụ là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ. Nó được xác định theo công thức được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
+ Công thức: [imath]C=QU=const.[/imath]

• Với: [imath]Q[/imath] là độ lớn điện tích trên mỗi bản tụ (hai bản tụ tích điện trái dấu và cùng độ lớn).

[imath]U[/imath] là hiệu điện thế giữa hai bản.
[imath]C[/imath] là điện dung của tụ điện ; đơn vị : fara, kí hiệu [imath]F.[/imath]

Bài 4 :​

Năng lượng của một tụ điện tích điện là dạng năng lượng gì?

Lời giải:

• 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: [imath]W=\dfrac{Q^2}{2C}[/imath]

Bài 5 :​

Gọi [imath]Q, C[/imath] và [imath]U[/imath] là điện tích, điện dung và hiệu điện thế giữa hai bản của một tụ điện. Phát biểu nào dưới đây là đúng?

[imath]A. C[/imath] tỉ lệ thuận với [imath]Q.[/imath]
[imath]B. C[/imath] tỉ lệ nghịch với [imath]U.[/imath]
[imath]C. C[/imath] phụ thuộc vào [imath]Q[/imath] và [imath]U.[/imath]
[imath]D. C[/imath] không phụ thuộc vào [imath]Q[/imath] và [imath]U.[/imath]

Lời giải: Chọn [imath]D.[/imath]

Đối với mỗi tụ điện, điện dung của tụ là xác định và không phụ thuộc vào [imath]Q[/imath] và [imath]U[/imath]: [imath]C=\dfrac{\varepsilon S}{4.\pi kd}.[/imath]

Bài 6 :​

Trong trường hợp nào dưới đây, ta không có một tụ điện?
Giữa hai bản kim loại là một lớp
[imath]A.[/imath] mica.
[imath]B.[/imath] nhựa pôliêtilen.
[imath]C.[/imath] giấy tẩm dung dịch muối ăn.
[imath]D.[/imath] giấy tẩm parafin.

Lời giải: Chọn [imath]C.[/imath]

• Lớp điện môi nằm giữa hai bản của tụ điện phải là chất cách điện.
• Dung dịch muối ăn muối ăn là chất dẫn điện nên không thể dùng làm điện môi trong tụ điện.

Bài 7 :​

Trên vỏ một tụ điện có ghi [imath]20 \mu F - 200 V.[/imath] Nối hai bản của tụ điện với một hiệu điện thế [imath]120 V.[/imath]
a) Tính điện tích của tụ điện.
b) Tính điện tích tối đa mà tụ điện tích được.

Lời giải:
a) Trên vỏ một tụ điện có ghi [imath]20 \mu F – 200 V \Rightarrow C = 20 \mu F = 20.10^{-6} F, U_{max} = 200 V.[/imath]
Khi nối hai bản của tụ điện với hiệu điện thế [imath]120 V[/imath] thì tụ sẽ tích điện là:
[imath]Q = C.U = 20.10^{-6}.120 = 2400.10^{-6} C = 2400 \mu C[/imath]
b) Điện tích tối đa mà tụ tích được (khi nối hai đầu tụ vào hiệu điện thế [imath]200 V[/imath]):
[imath]Q_{max} = C.U_{max} = 20.10^{-6}.200 = 4.10^{-3} C = 4000 \mu C.[/imath]

Bài 8 :​

Tích điện cho một tụ điện có điện dung [imath]20 \mu F[/imath] dưới hiệu điện thế [imath]60 V[/imath]. Sau đó cắt tụ điện ra khỏi nguồn.
a) Tính điện tích [imath]q[/imath] của bản tụ.
b) Tính công mà điện trường trong tụ điện sinh ra khi phóng điện tích [imath]\Delta q = 0,001q[/imath] từ bản dương sang bản âm.
c) Xét lúc điện tích của tụ chỉ còn bằng [imath]\dfrac q 2[/imath]. Tính công mà điện trường trong tụ sinh ra khi phóng điện tích [imath]\Delta q[/imath] như trên từ bản dương sang bản âm lúc đó.

Lời giải:
a) Điện tích của tụ điện : [imath]q = C.U = 20.10^{-6}.60 = 12.10^{-14} C[/imath]
b) Khi trong tụ phóng điện tích [imath]\Delta q = 0,001q[/imath] từ bản dương sang bản âm, điện trường bên trong tụ điện đã thực hiện công là: [imath]A = \Delta q.U = 0,001. 12.10^{-4} . 60 = 72.10^{-6} J.[/imath]
c) Điện tích tụ chỉ còn là [imath]q’ =\dfrac q 2 = 6.10^{-4} C.[/imath] Khi đó lượng điện tích [imath]\Delta q’ = 0,001q’[/imath] phóng từ bản dương sang bản âm thì điện trường đã thực hiện một công là:
[imath]A’ = \Delta q’.U = 0,001. 6.10^{-4}.60 = 36.10^{-6} J.[/imath]

Chúc các bạn học tốt!
Xem thêm tại
BÀI 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG. ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN
BÀI 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN
BÀI 5: ĐIỆN THẾ. HIỆU ĐIỆN THẾ

 

[Elishuchi]

D. BÀI TẬP SBT​

Bài 6.1 : Chọn câu phát biểu đúng.
[imath]A.[/imath] Điện dung của tụ điện phụ thuộc điện tích của nó.
[imath]B.[/imath] Điện dung của tụ điện phụ thuộc hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
[imath]C.[/imath] Điện dung của tụ điện phụ thuộc cả vào điện tích lẫn hiệu điện thế giữa hai bản của tụ.
[imath]D.[/imath] Điện dung của tụ điện không phụ thuộc điện tích và hiệu điện thế giữa hai bản của tụ.

Lời giải: Đáp án [imath]D[/imath]
[imath]C=const; Q[/imath] và [imath]U[/imath] có thể thay đổi theo biểu thức [imath]C=\dfrac Q U (F)[/imath]

Bài 6.2 : Chọn câu phát biểu đúng.
[imath]A.[/imath] Điện dung của tụ điện tỉ lệ với điện tích của nó.
[imath]B.[/imath] Điện tích của tụ điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
[imath]C.[/imath] Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện tỉ lệ với điện dung của nó.
[imath]D.[/imath] Điện dung của tụ điện tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

Lời giải:Đáp án [imath]B[/imath]
Ta có: Điện tích của tụ: [imath]q=C.U[/imath], mà theo câu 6.1 điện dung tụ không đổi nên điện tích của tụ tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai bản của nó.


Bài 6.3 : Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì
[imath]A.[/imath] chúng phải có cùng điện dung.
[imath]B.[/imath] hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện phải bằng nhau.
[imath]C.[/imath] tụ điện nào có điộn dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản lớn hơn.
[imath]D.[/imath] tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Lời giải:Đáp án [imath]D[/imath]
Vì [imath]q = CU[/imath] nên hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì tụ điện nào có [imath]C[/imath] lớn sẽ có [imath]U[/imath] nhỏ.

Bài 6.9 : Tích điện cho tụ điện [imath]C_1[/imath], điện dung [imath]20 \mu F,[/imath] dưới hiệu điện thế [imath]200 V[/imath]. Sau đó nối tụ điện [imath]C_1[/imath] với tụ điện [imath]C_2[/imath], có điện dung [imath]10 \mu F[/imath], chưa tích điện. Sử dụng định luật bảo toàn điện tích, hãy tính điện tích và hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điên sau khi nối với nhau.

Lời giải:
Điện tích của tụ 1 sau khi tích điện là
[imath]Q_1 = C_1.U = 20.10^{-6}.200 = 4.10^{-3} C[/imath]
Gọi [imath]Q_1', Q_2'[/imath] là điện tích của mỗi tụ sau khi nối, [imath]U’[/imath] là hiệu điện thế giữa hai bản của chúng sau khi nối
Ta có :
[imath]Q_1' = C_1.U’[/imath]
[imath]Q_2'= C_2.U’[/imath]
Bảo toàn điện tích :
[imath]Q_1 + Q_2 = Q[/imath]
[imath]\to Q = (C_1+C_2)U'[/imath]
Với [imath]Q=Q_1 = 4.10^{-3} C; C_1 + C_2 = 30 \mu F[/imath]
[imath]\to U'=\dfrac Q {C_1+C_2}=\dfrac{400} 3 V[/imath]
[imath]\to Q_1'=U'.C_1=2,67.10^{-3} C[/imath]
[imath]Q_2'=U'.C_2=1,33.10^{-3} C[/imath]

Bài 6.10 : Một giọt dầu nằm lơ lửng trong điện trường của một tụ điện phẳng. Đường kính của giọt dầu là [imath]0,5 mm[/imath]. Khối lượng riêng của dầu là [imath]800 kg/m^3[/imath]. Khoảng cách giữa hai bản tụ điện là [imath]1 cm[/imath]. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là [imath]220 V[/imath]; bản phía trên là bản dương.
a) Tính điện tích của giọt dầu.
b) Đột nhiên đổi dấu của hiệu điện thế. Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào ? Tính gia tốc của giọt dầu. Lấy [imath]g = 10 m/s^2.[/imath]

Lời giải:
a) Trọng lượng của giọt dầu :
[imath]P = \dfrac 4 3 \pi r^3.D.g=5,26.10^{-7} (N)[/imath]
Lực điện tác dụng lên giọt dầu:
[imath]F = |q|E = |q|\dfrac U d (N)[/imath]
Lực điện cân bằng với trọng lượng: [imath]F = P[/imath] hay [imath]|q|\dfrac U d =5,26.10^{-7}[/imath]
[imath]\to |q|=23,8.10^{-12} C[/imath]
Vì trọng lực và lực điện ngược chiều và phương với nhau mà bản phía trên của tụ điện là bản dương nên điên tích của giọt dầu phải là điện tích âm

b) Nếu đột nhiên đổi dấu mà vẫn giữ nguyên độ lớn của hiệu điện thế thì lực điện tác dụng lên giọt dầu sẽ cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn với trọng lực [imath]\to[/imath] giọt dầu sẽ chịu tác dụng của lực [imath]2P[/imath] và nó sẽ có gia tốc [imath]2g = 20 m/s^2.[/imath]

Chúc các bạn học tốt!
Xem thêm tại
BÀI 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG. ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN
BÀI 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN
BÀI 5: ĐIỆN THẾ. HIỆU ĐIỆN THẾ