Bài 3 - Năng Lượng Của Tụ điện – Năng Lượng điện Trường

Trang chủ » Công Thức Năng Lượng điện Trường Là Gì » Bài 3 - Năng Lượng Của Tụ điện – Năng Lượng điện Trường

Có thể bạn quan tâm

Thư Viện Bài Giảng Vật Lý Đại CươngCùng nhau phát triển Tương lai

2.3. Năng lượng của tụ điện – Năng lượng điện trường

A. Lý Thuyết

1. Năng lượng của tụ điện

Giả sử ta dùng nguồn để nạp điện tích vào hai bản của một tụ điện có điện dung C. Nguồn điện sinh công để đưa các điện tích đến các bản tụ và công đó chuyển thành năng lượng của tụ điện. Để tính công này, ta giả sử ở thời điểm t, điện thế giữa hai bản tụ là u và điện tích của tụ là q. Trong thời gian dt tiếp theo, nguồn đưa thêm điện tích dq đến tụ. Vì dq rất nhỏ nên u coi như không đổi và công của nguồn là dA = udq = Cudu. Công toàn phần để nạp điện cho tụ đến khi hiệu điện thế bằng U là:  \( A=\int\limits_{0}^{U}{dA}=C\int\limits_{0}^{U}{udu}=\frac{1}{2}C{{U}^{2}} \)

Công này chuyển hóa thành năng lượng W của tụ. Vậy năng lượng của tụ điện là:

\( W=\frac{1}{2}C{{U}^{2}}=\frac{1}{2}QU=\frac{1}{2}\frac{{{Q}^{2}}}{C} \)     (2.19)

Nhận Dạy Kèm Vật Lý Đại Cương Online qua ứng dụng Zoom, Google Meet,...

  • Dạy kèm tương tác 1 thầy 1 trò! Hỗ trợ trực tuyến 24/7
  • Dạy kèm Vật Lý Đại Cương (Cơ - Nhiệt - Điện Từ - Quang - VLNT-HN)
  • Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương - Vật Lý Kỹ Thuật - Vật Lý Lý Thuyết
  • Lịch học sắp xếp linh động, sáng - chiều - tối đều học được!
  • Thời gian học từ 1,5h - 2h/1 buổi!
094.625.1920 - Thầy Nhân (Zalo)

2. Năng lượng điện trường 

Xét một tụ điện phẳng đã tích điện. Năng lượng của tụ điện là  \( W=\frac{1}{2}C{{U}^{2}} \)

Thay  \( C=\frac{\varepsilon {{\varepsilon }_{0}}S}{d} \),  \( U=Ed  \) vào biểu thức trên, ta có:

\( W=\frac{1}{2}\left( \frac{\varepsilon {{\varepsilon }_{0}}S}{d} \right){{\left( Ed \right)}^{2}}=\frac{1}{2}\varepsilon {{\varepsilon }_{0}}{{E}^{2}}.Sd=\frac{1}{2}\varepsilon {{\varepsilon }_{0}}{{E}^{2}}.V  \)        (2.20)

Trong đó  \( V=Sd  \) là thể tích của vùng không gian giữa hai bản tụ, cũng chính là vùng không gian có điện trường.

Như vậy năng lượng của tụ điện định xứ trong vùng không gian có điện trường. Nói cách khác, nơi nào có điện trường thì nơi đó có năng lượng. Điện trường có mang năng lượng, đó là một bằng chứng chứng tỏ điện trường là một dạng vật chất.

Công thức (2.20) chứng tỏ rằng, năng lượng điện trường đều tỉ lệ với thể tích không gian có điện trường. Ta viết lại (2.20) dưới dạng:

\( W=\frac{1}{2}\varepsilon {{\varepsilon }_{0}}{{E}^{2}}.V={{\omega }_{E}}.V  \)        (2.21)

Trong đó:  \( {{\omega }_{E}}=\frac{1}{2}\varepsilon {{\varepsilon }_{0}}{{E}^{2}}=\frac{1}{2}ED  \)       (2.22) gọi là mật độ năng lượng điện trường.

Trường hợp tổng quát, nếu điện trường là không đều thì ta chia nhỏ thể tích V thành những yếu tố thể tích đơn vị đủ nhỏ sao cho điện trường trong yếu tố đó là điện trường đều. Khi năng lượng điện trường chứa trong yếu tố thể tích đơn vị là  \( dW={{\omega }_{E}}.dV  \). Từ đó lấy tích phân trên toàn thể tích V, ta được năng lượng điện trường chứa trong thể tích không gian V: \(W=\int\limits_{(V)}{{{\omega }_{E}}dV}=\frac{1}{2}\varepsilon {{\varepsilon }_{0}}\int\limits_{(V)}{{{E}^{2}}dV}=\frac{1}{2}\int\limits_{(V)}{EDdV}\)    (2.23)

Trong hệ SI, đơn vị đo năng lượng điện trường là jun (J) và đơn vị đo mật độ năng lượng điện trường là jun trên mét khối (J/m3).

B. Bài tập có hướng dẫn giải

Câu 1. Một tụ điện có điện dung \( C=5\mu F  \), được tích điện ở hiệu điện thế không đổi U = 6V. Tính năng lượng của tụ điện.

Hướng dẫn giải:

Năng lượng của tụ điện:  \( W=\frac{1}{2}C{{U}^{2}}=\frac{1}{2}{{.5.10}^{-6}}{{.6}^{2}}={{90.10}^{-6}}J={{9.10}^{-5}}J  \)

Các bài viết cùng chủ đề!

Vật dẫn cân bằng tĩnh điện

Xem Chi Tiết

Tụ điện

Xem Chi Tiết

Năng lượng của tụ điện – Năng lượng điện trường

Xem Chi Tiết

Hotline: 094.625.1920 - Thầy Nhân (Zalo)

Các Sách Giải Bài Tập - Đề Thi do Trung tâm phát hành!

Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương 1

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương 2

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Vật Lý Đại Cương 3

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Cơ Học Kỹ Thuật

Xem Chi Tiết!

Sách Giải Bài Tập Sức Bền Vật Liệu

Xem Chi Tiết!

University Physics – Mechanics Part 1

Xem Chi Tiết!

University Physics – Mechanics Part 2

Xem Chi Tiết!

University Physics – Electricity and Magnetism

Xem Chi Tiết!

University Physics – Waves and Thermodynamics

Xem Chi Tiết!

University Physics – Optics and Modern Physics

Xem Chi Tiết!

Thư Viện Bài Giảng Vật Lý Đại Cương được xây dựng trên WordPress

error: Content is protected !! MENUTrang Chủ
  • p>

Từ khóa » Công Thức Năng Lượng điện Trường Là Gì