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.

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

3. Mở rộng

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

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

- 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

 

   $\begin{array}{l}Q=Q_1=Q_2=\mathrm{...}=Q_n\\ U_{AB}=U_1+U_2+\mathrm{...}+U_n\\ \frac{1}{C}=\frac{1}{C_1}+{\frac{1}{C}}_2+\mathrm{...}+\frac{1}{C_n}\end{array}$

- Tụ điện ghép song song

$\begin{array}{l}Q+Q_1+Q_2+\mathrm{...}+Q_n\\ U_{AB}=U_1=U_2=\mathrm{...}=U_n\\ C=C_1+C_2+\mathrm{...}+C_n\end{array}$

- 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

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

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: Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 4V thì tụ tích được điện lượng là 2μC. Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10V thì tụ tích được điện lượng bằng bao nhiêu?

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: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung C = 500pF được tích điện đến hiệu điện thế U = 300 V. Ngăt tụ khỏi nguồn, nhúng vào chất điện môi lỏng ε = 2. Hiệu điện thế của tụ lúc đó là bao nhiêu?

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

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

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

Công thức tính tụ điện mắc nối tiếp hay nhất | Cách tính tụ điện mắc nối tiếp

Công thức tính tụ điện mắc song song hay nhất | Cách tính tụ điện mắc song song

Công thức tính năng lượng tụ điện hay nhất | Cách tính năng lượng tụ điện

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