Công thức tính tụ điện

thptnguyendinhchieu Tháng Sáu 23, 2024

0 3 minutes read

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động, được cấu tạo bởi hai bán cực đặt song song với nhau, và được ngăn cách bởi lớp điện môi.

Vậy công thức tính tụ điện như thế nào? Bài tập tính điện tích của tụ điện ra sao? Là những câu hỏi mà các bạn học sinh lớp 9, lớp 11 quan tâm. Chính vì vậy trong bài viết hôm nay THPT Nguyễn Đình Chiểu giới thiệu đến các bạn toàn bộ kiến thức về thế nào là tụ điện, công thức tính tụ điện và một số bài tập kèm theo. Qua đó giúp các bạn có thêm nhiều tư liệu tham khảo, ôn luyện kiến thức để giải được các bài tập Vật lí.

Bạn đang xem: Công thức tính tụ điện

Table of Contents

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. Tụ điện dùng để chứa điện tích.

– Điện dung của tụ điện (C) là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế xác định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

2. Công thức tụ điện

– Điện dung của tụ điện

$C = frac{Q}{U}$

– Trong đó:

C: Điện dung của tụ đo bằng đơn vị fara (F).
U: Hiệu điện thế (V)
Q: Điện tích (C)

– Đổi đơn vị:

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. Công thức mở rộng

– Từ công thức C suy thêm ra công thức tính Q và U

$C=frac{Q}{U} Rightarrowleft{begin{array}{l} Q=C U \ U=frac{Q}{C} end{array}right.$

– Trong đó:

C: Điện dung của tụ đo bằng đơn vị fara (F).
U: Hiệu điện thế (V)
Q: Điện tích (C)

– Tụ điện ghép nối tiếp

Q = Q₁ = Q₂ = … = Q_n

UAB = U₁ + U₂ + … + U_n

– Tụ điện ghép song song

Q + Q₁ + Q₂ + … + Q_n

UAB = U₁ = U₂ = … = U_n
C = C₁ + C₂ + … + C_n

– Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:

$mathrm{C}=frac{varepsilon mathrm{S}}{9.10^{9} .4 pi mathrm{d}}$

Trong đó:

+ S: Diện tích đối diện giữa 2 bản (m²)

+ d: Khoảng cách hai bản tụ (m)

+ ε Hằng số điện môi của môi trường giữa hai bản tụ

– Bài toán khác:

+ Nối tụ vào nguồn: U = hằng số

+ Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số

4. Ví dụ tính điện tích của tụ điện

Ví dụ: Hai bản tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách giữa các bản là d = 2mm. Giữa hai bản là không khí. Có thể tích điện cho tụ điện một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng ? Biết rằng điện trường lớn nhất mà không khí chịu được là 3.105 3.105 V/m

Gợi ý đáp án

Điện dung của tụ điện

$mathrm{C}=frac{pi mathrm{R}^{2}}{4 pi mathrm{kd}}=frac{0,6^{2}}{4 cdot 9 cdot 10^{9} cdot 2 cdot 10^{-3}}=5 cdot 10^{-9} mathrm{~F}$

Hiệu điện thế lớn nhất có thể đặt vào hai đầu bản tụ là

U = E. d = 3.10⁵.0,002 = 600V

Điện tích lớn nhất tụ tích được để không bị đánh thủng là

Q = C. U = 5.10^-9.600 = 3.10^-6 C

5. Bài tập tính tự điện

Bài tập 1. Tụ xoay có điện dung thay đổi từ $mathrm{C}_{1}=30 mathrm{pF}$ đến $mathrm{C}_{2}=120 mathrm{pF}$ khi góc xoay a biến thiên từ $0^{circ}$ đến $90^{circ}.$

Viết biểu thức phụ thuộc của điện dung vào góc xoay. Biết điện dung của tụ xoay là hàm bậc nhất của góc xoay a

Bài tập 2. Một tụ điện phẳng có diện tích S=100cm², khoảng cách hai bản là d=1 mm, giữa hai bản là lớp điện môi có $varepsilon=5.$

a/ Tính điện dung của tụ điện

b/ Dùng nguồn U=100 V để nạp điện cho tụ, tính điện tích mà tụ tích được.

Bài tập 3. Hai bản của một tụ điện phẳng là các hình tròn, tụ điện được tích điện sao cho điện trường trong tụ bằng $3.10^{5} mathrm{~V} / mathrm{m}.$ Khi đó điện tích của tụ điện là Q=100 nC. Hãy tính bán kính của các bản. Cho biết bên trong tụ điện là không khí.

Bài tập 4. Hai bản tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R=2 cm, đặt trong không khí, khoảng cách giữa hai bản d=2 mm.

a/ Tính điện dung của tụ điện đó.

b/ Có thể tích cho tụ một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ không bị đánh thủng? Cho biết điện trường đánh thủng đối với không khí là $3.10^{6} mathrm{~V} / mathrm{m}$

Bài tập 5. Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ hình vuông cạnh $a=20 mathrm{~cm}$ , đặt cách nhau $mathrm{d}=1 mathrm{~cm}$ , chất điện môi giữa hai bản là thủy tinh có $varepsilon=6$ . Hiệu điện thế giữa hai bản tụ U=50 V.