Bài 6. TỤ ĐIỆN

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

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. 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 thực tế, hai bản kim loại thường là hai tấm giấy thiếc, kẽm hoặc nhôm; lớp điện môi là một lớp giấy tẩm một chất cách điện như parafin. 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 trên hình.

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.

Điện tích của hai bản bao giờ cũng 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 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 = $\large \frac{Q}{U}$

- Đại lượng C 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.

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

- Điện tích của hai bản tụ điện bao giờ cũng có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. Ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện.

2. Đơn vị điện dung C = $\large \frac{Q}{U}$

Trong công thức C = $\large \frac{Q}{U}$ nếu Q đo bằng đơn vị culông (C), U đo bằng đơn vị 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 1V thì nó tích được điện tích 1C.

Các tụ điện thường dùng chỉ có điện dụng từ $10^{-12}$F đến $10^{-6}$F. Vì vậy ta thường dùng các ước của fara:

1 micrôfara (kí hiệu $\mu$F) = 1.$10^{-6}$F

1 nanôfara (kí hiệ nF) = 1.$10^{-9}$F

1 picôfara (kí hiệu pF) = 1.$10^{-12}$F

3. Các loại tụ điện

Người ta thường lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện: tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm... Trên vỏ của mỗi tu điện thường ghi điện dung của tụ điện và giá trị giới hạn của điện thế có thể đặt vào hai bản của tụ điện. Ví dụ 10$\mu$F - 250V.

B. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý

1. Định nghĩa và mô tả được cấu tạo của tụ điện. Biết được một vài công dụng của tụ điện và kí hiệu của tụ điện trong mạch điện.

2. Hiểu được thế nào là điện tích của tụ và cách tích điện cho tụ.

3. Phát biểu được định nghĩa và nêu được biểu thức định nghĩa để tích điện dung của tụ. Biết được đơn vị của tụ điện là fara (F) và nắm được các ước của fara.

4. Biết được một số loại tụ điện.

C. ĐỀ BÀI TẬP

Bài 1

Trong số các yếu tố sau đây:

I. Đặt gần nhau

II. Có dạng tấm phẳng

III. Đặt cách điện

hai bản của tụ điện cần có yếu tố:

A. I, II

B. I, III

C. II, III

D. I, II, III

Bài 2

Có hai phát biểu sau:

“I: Hai bản tụ điện là hai vật dẫn điện”.

nên “II: Dòng điện một chiều đi qua được tụ điện”.

A. Phát biểu I đúng, phát biểu II đúng, hai phát biểu có tương quan.

B. Phát biểu I đúng, phát biểu II đúng, hai phát biểu không tương quan.

C. Phát biểu I đúng, phát biểu II sai.

D. Phát biểu I sai, phát biểu II đúng.

Bài 3

Trong số các yếu tố sau đây:

I. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện.

II. Vị trí tương đối giữa hai bản.

III. Bản chất của điện môi giữa hai bản.

điện tích của tụ điện phẳng phụ thuộc vào các yếu tố nào?

A. I, II, III

B. I, II

C. II, III

D. I, III

Bài 4

Trong số các yếu tố sau đây:

I. Hình dạng hai bản tụ điện.

II. Kích thước hai bản tụ điện.

III. Vị trí tương đối giữa hai bản tụ điện.

IV. Bản chất của điện môi giữa hai bản tụ điện.

điện dung của tụ điện phẳng phụ thuộc các yếu tố nào?

A. I, II, IV

B. II, III, IV

C. I, II, III

D. I, II, III, IV

Bài 5

Năng lượng điện trường trong tụ điện tỉ lệ với

A. hiệu điện thế hai bản tụ.

B. điện tích trên tụ.

C. bình phương hiệu điện thế giữa hai bản tụ.

D. hiệu điện thế hai bản tụ và điện tích trên tụ.

Bài 6

Một tụ điện không khí có điện dung C = 2000pF được mắc vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 5000V.

1. Tính điện tích của tụ điện.

2. Người ta ngắt tụ ra khỏi nguồn rồi nhúng nó chìm vào trong một điện môi lỏng có $\varepsilon$ = 2. Tìm điện dung của tụ và hiệu điện thế của tụ khi đó.

D. HƯỚNG DẪN GIẢI

Bài 1. B

Bài 2. C

Bài 3. A

Bài 4. D

Bài 5. C

Bài 6

1. Điện tích của tụ điện:

Ta có :Q = C.U $\left\{\begin{matrix} C=2000pF=2.10^{-9}F\\ U=5000V-5.10^{3}V \end{matrix}\right.$

Q = 2.$10^{-9}$.5.$10^{2}$ = $10^{-5}$C

2. Điện dụng và hiệu điện thế:

+ Điện dung: C' = $\varepsilon$.C = 2.2.$10^{-9}$ = 4.$10^{-9}$F

+ Hiệu điện thế:

U' = $\large \frac{Q'}{C'}$ = $\large \frac{Q}{\varepsilon .C}$ = $\large \frac{U}{\varepsilon }$ = 2500V