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

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

1. Công thức

Khi tụ điện tích điện thì điện trường trong tụ điện sẽ dự trữ một năng lượng. 

Đó là năng lượng điện trường.

Công thức tính năng lượng của điện trường trong tụ điện:$\text{W}=\frac{Q^2}{2C}=\frac{1}{2}C{U}^2$ 

$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}U=\sqrt{\frac{2W}{C}}\\ C=\frac{Q^2}{2W}=\frac{2W}{U^2}\\ Q=\sqrt{2CW}\end{array}\right.$

 Với W: Năng lượng điện trường (J)

        Q: Điện tích của tụ điện  

        C: Điện dung của tụ điện (F)

        U: Hiệu điện thế giữa hai bản tụ (V)

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Một tụ điện có điện dung C₁=0,2μF, khoảng cách giữa hai bản là d₁ = 5 cm được nạp điện đến hiệu điện thế U = 100 V.Tính năng lượng của tụ điện.

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức

Năng lượng của tụ điện là

$\text{W=}\frac{1}{2}C{U}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.0,2.10}}^{-6}.100={10}^{-3}J$

Ví dụ 2: Một tụ điện phẳng có hai bản hình tròn bán kính 30 cm, khoảng cách giữa hai bản là 1 cm, ở giữa là không khí. Tụ điện được tích điện bởi hiệu điện thế 600V.

a. Tính điện tích của tụ điện

b. Tụ điện được ngắt ra khỏi nguồn điện và các bản được đưa lại gần nhau để khoảng cách giữa chúng giảm một nửa. Tính hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện. Năng lượng của tụ điện đã thay đổi bao nhiêu lần?

Hướng dẫn giải:

a) Áp dụng công thức $C=\frac{\epsilon S}{4k\pi d}={25.10}^{-11}F$

$\Rightarrow Q=C.U={\mathrm{1,5.10}}^{-7}C$

b) Ngắt tụ khỏi nguồn thì điện tích của tụ không đổi.

các bản được đưa lại gần nhau để khoảng cách giữa chúng giảm một nửa

=> d’ = 0,5cm = 5.10^-3m

=> $C\text{'}=\frac{\epsilon S}{4k\pi d\text{'}}={5.10}^{-10}F$

$=>U\text{'}=\frac{Q}{C\text{'}}=300V$

Ta được $U\text{'}=\frac{U}{2}$

Lại có, năng lượng của tụ trước khi ngắt khỏi nguồn $\text{W}=\frac{1}{2}QU$

Năng lượng của tụ sau khi ngắt khỏi nguồn và đưa lại gần nhau $\text{W'}=\frac{1}{2}QU\text{'}$

Suy ra $\frac{\text{W}\text{'}}{\text{W}}=\frac{Q.U\text{'}}{Q.U}=\frac{300}{600}=\frac{1}{2}$
=> Năng lượng của tụ điện giảm 2 lần

Xem thêm tổng hợp công thức môn Vật lý lớp 11 đầy đủ và chi tiết khác:

Công thức tính lực tĩnh điện hay nhất | Cách tính lực tĩnh điện

Công thức định luật Cu-lông hay nhất | Cách làm bài tập định luật Cu-lông

Công thức lực tương tác giữa hai điện tích điểm hay nhất | Cách tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm

Công thức tính cường độ điện trường hay nhất | Cách tính cường độ điện trường

Công thức tính cường độ điện trường tổng hợp hay nhất | Cách tính cường độ điện trường tổng hợp