Công thức tính tụ điện hay nhất | Cách tính tụ điện - Vật lý lớp 11

Công thức tính tụ điện hay nhất | Cách tính tụ điện - Vật lý lớp 11

1. Định nghĩa

- 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

- 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.

1picôfara (kí hiệu là pF) = 1.10^-12 F.

3. Mở rộng

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

$C=\frac{Q}{U}\Rightarrow \begin{array}{l}Q=CU\\ U=\frac{Q}{C}\end{array}$

- 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

 

- Tụ điện ghép song song

- Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:

$C=\frac{\epsilon S}{{9.10}^9.4\pi d}$

Trong đó:

+ S: Diện tích đối diện giữa 2 bản $\left(m^2\right)$

+ d: Khoảng cách hai bản tụ (m)

+ $\epsilon$: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 minh họa

Ví dụ 1: 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 3.1053.105 V/m

Hướng dẫn giải:

Điện dung của tụ điện

$C=\frac{\pi R^2}{4\pi kd}=\frac{{\mathrm{0,6}}^2}{{\mathrm{4.9.10}}^9{\mathrm{.2.10}}^{-3}}={5.10}^{-9}F$

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 đươc để không bị đánh thủng là

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

Ví dụ 2:

Hướng dẫn giải:

Ta có: $C=\frac{Q}{U}=\frac{{2.10}^{-6}}{4}={\mathrm{0,5.10}}^{-6}F$.

Khi đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10V thì tụ tích được điện lượng là:

Q = CU' = 0,5.10^-6.10 = 5.10^-6 C.

Ví dụ 3:

Hướng dẫn giải:

- Khi đặt trong không khí điện tích của tụ là 

Q = CU = 500.10^-12.300 = 1,5.10^-7 C

- Ngắt tụ khỏi nguồn và nhúng vào chất điện môi thì:

+Điện tích trên tụ là không đổi Q '= Q = 1,5.10^-7 C

+ Điện dung của tụ

$C\text{'}=\frac{\epsilon S}{4\pi kd}=\epsilon C={10}^{-9}F$

=> Hiệu điện thế lúc này là

$U\text{'}=\frac{Q\text{'}}{C\text{'}}=\frac{{\mathrm{1,5.10}}^{-7}}{{10}^{-9}}=150V$