Chương I: Tụ điện Là Gì? Năng Lượng điện Trường Của Tụ điện

Có thể bạn quan tâm

Chương I: Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện

Chương I: Nhà vật lý Coulomb và định luật Coulomb (Đọc thêm)

Tụ điện là một thiết bị điện dùng để chứa đựng điện tích

Chương I: Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện

1/ Tụ điện là gì: Nhờ hiện tượng nhiễm điện do cọ xát các nhà vật lý thực nghiệm có thể tích điện cho một vật, tuy nhiên điện tích có thể bị mất dần khi đặt trong môi trường không khí. Xuất phát từ nhu cầu cần một vật đựng điện tích để có thể phục vụ cho các thí nghiệm liên quan đến điện, Musschenbroek (1692-1761) Giáo sư tại trường Đại Học Leyde, Hà Lan đã chế tạo ra một dụng cụ có thể “đựng” được điện tích. Điện tích đựng trong đó có thể lấy ra dùng bất kể khi nào cần đến, nếu điện tích bị dùng hết có thể được nạp đầy để tái sử dụng. Jean-Antoine NOLLET (1700-1770) nhà vật lý người Pháp đã đặt tên cho dụng cụ chứa điện đó là chai Leyden, đây chính là hình thái đầu tiên của tụ điện. xem thêm: Điện tích là gì? lịch sử vật lý điện từ Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện Sử dụng một dây kim loại chạm vào lớp trong và lớp ngoài của chai Leyden khi đó sẽ có một tia lửa điện được phóng ra, nếu bạn chạm tay vào nó tùy thuộc vào lượng điện tích mà nó tích được bạn có thể bị điện giật khá mạnh Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện Cấu tạo của chai Leyden rất đơn giản, gồm hai ống kim loại được ngăn cách với nhau bằng một lớp cách điện (ống nhựa)

Sau nhiều cải tiến và tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể, tụ điện được cải tiến thành rất nhiều dạng khác nhau (hình 1), trong chương trình vật lý phổ thông lớp 11 sẽ chỉ nghiên cứu một loại tụ điện đơn giản nhất là tụ điện phẳng

Tụ điện phẳng: gồm hai vật dẫn bằng kim loại (hai bản tụ) đặt song song với nhau ngăn cách với nhau bằng một lớp cách điện (không khí, giấy, meka …)

Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện

Kí hiệu tụ điện trong mạch điện

Để tích điện cho tụ, người ta nối hai bản của tụ điện với một nguồn điện, bản tụ nối với cực dương của nguồn điện sẽ tích điện dương (+Q), bản tụ nối với cực âm của nguồn điện sẽ tích điện âm (-Q).

Điện tích Q=+Q=|-Q| được gọi là điện tích của tụ điện. Sự chênh lệch điện thế giữa hai bản tụ được gọi là hiệu điện thế của tụ điện

2/ Điện dung của tụ điện Mỗi một tụ điện bất kỳ đều chỉ có thể “đựng” được một lượng điện tích Q giới hạn, nếu tụ tích điện quá lớn sẽ hình thành nên một điện trường có cường độ cực lớn giữa hai bản tụ, điện trường này sẽ sinh ra năng lượng lớn để dịch chuyển điện tích xuyên qua lớp cách điện (điện môi) giữa hai bản tụ khi đó ta nói điện môi bị đánh thủng và tụ sẽ bị hỏng.

Đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ được gọi là điện dung Biểu thức điện dung của tụ

C = \frac{Q}{U}

Trong đó:

C: điện dung (F)
Q: điện tích của tụ (C)
U: hiệu điện thế của tụ (V)

Đối với tụ phẳng điện dung của tụ còn được xác định thông qua biểu thức

C = \frac{ε S}{{9.10}^{9} 4 π d}

Trong đó:

S: diện tích phần đối diện nhau của bản tụ (m2)
ε: hằng số điện môi
d: khoảng cách giữa hai bản tụ (m)

Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện Mỗi tụ điện đều có gi giá trị hiệu điện thế giới hạn và điện dung của tụ. Hình trên giá trị hiệu điện thế giới hạn là 50V, điện dung của tụ là 10µF

3/ Ghép tụ điện: a/ Ghép song song Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện

Điện dung tương đương của cả mạch ghép song song:

C=C1 + C2 + … + Cn

b/ Ghép nối tiếp: Tụ điện là gì? năng lượng điện trường của tụ điện

Điện dung tương dương của cả mạch ghép nối tiếp

\frac{1}{C} = \frac{1}{C_{1}} + \frac{1}{C_{2}} + . . . + \frac{1}{C_{n}}

4/ Năng lượng điện trường của tụ điện Khi tụ được tích điện, hai bản của tụ điện tích điện trái dấu nhau nên hình thành một điện trường hướng từ bản dương sang bản âm của tụ. Điện trường này có khả năng sinh ra năng lượng (thế năng) nên được gọi là năng lượng điện trường của tụ. Biểu thức xác định năng lượng điện trường của tụ

W = \frac{Q^{2}}{2 C} = \frac{C U^{2}}{2}