Các dạng bài tập về điện dung của tụ điện phẳng là một dạng bài tập quan trọng trong chương trình vật lý 11. Vậy định nghĩa điện dung của tụ điện phẳng là gì? Cách giải một số dạng bài tập về phần kiến thức điện dung của tụ điện ra sao? Hãy cùng DINHNGHIA.COM.VN tìm hiểu chi tiết về điện dung của tụ điện phẳng qua bài viết dưới đây nhé!.
Nội dung bài viết
Tụ điện phẳng là gì?
Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn, các vật này được đặt gần nhau và ngăn cách bằng một lớp cách điện. Chức năng chính của tụ điện phẳng là dùng để chứa điện tích.
Về cấu tạo, tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại phẳng được đặt song song với nhau. Hai bản kim loại này ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi. Để tích điện cho tụ điện,
Để tích điện cho tụ điện phẳng, người ta thường nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện. Trong đó, bản nối cực dương sẽ được tích điện dương và bản nối cực âm sẽ tích điện âm.
Tìm hiểu thêm về tụ điện phẳng qua bài viết:
- Tụ điện phẳng là gì? Cách ghép nối, công thức và bài tập ví dụ
Điện dung của tụ điện phẳng là gì?
Điện dung của tụ điện được định nghĩa khi ta đặt vào hai bản cực dẫn điện của tụ điện một điện áp thì những bản cực này sẽ tích các điện tích trái dấu. Trong khoảng không gian này sẽ làm tích lũy ra một điện trường và điện trường này phụ thuộc vào một hệ số C.
Công thức điện dung của tụ điện phẳng như sau:
Q = CU hay C=Q/U
Trong đó:
- C: là điện dung tụ điện phẳng, có đơn vị là Fara (F)
- U : hằng số
- Q: là điện tích khi có điện dung C
Năng lượng và cách ghép tụ điện phẳng
Năng lượng của tụ điện phẳng
Khi chúng ta tích điện cho tụ điện phẳng hai bản tụ điện trái dấu sẽ tạo thành điện từ trường. Điện từ sẽ đi theo chiều từ dương sang âm và tạo ra năng lượng, được gọi là năng lượng của tụ điện phẳng.
W= QU/2
Các cách ghép nối tụ điện mặt phẳng
Ý nghĩa và ứng dụng của tụ điện phẳng
Ý nghĩa của giá trị hiệu điện thế của tụ điện phẳng
Trên tụ điện phẳng đều có ghi giá trị hiệu điện thế. Các giá trị đó có ý nghĩa:
- Giá trị này thể hiện hiệu điện thế lớn nhất mà tụ điện có thể chịu được.
- Khi lắp đoạn mạch có hiệu điện thế cao hơn khoảng 1,4 lần vào tụ điện nhằm đảm bảo sự ổn định của mạch
Ứng dụng của tụ điện phẳng
Tụ điện phẳng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực kỹ thuật điện và điện tử. Như là các thiết bị điện và link kiện điện tử có công dụng nổi bật như lọc điện, tạo dao động, truyền tín hiệu.
Bài tập có đáp án về tụ điện phẳng
Dạng bài tập chủ yếu nhất của phần kiến thức này là tính điện dung, điện tích và hiệu điện thế của tụ điện phẳng.
Để làm dạng bài tập này, ta sử dụng các công thức sau:
C = \frac{Q}{U}=\frac{\varepsilon S}{4Kd\Pi }
Tuy nhiên, ta cần lưu ý, khi nối tụ vào nguồn: U = hằng số, ngược lại khi ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số nhé.
Bài 1:
Cho tụ điện phẳng bản tròn có bán kính bằng 4cm, hai bản cách nhau một khoảng d = 4cm. Nối tụ với một hiệu điện thế có U = 100V. Tìm điện dung và điện tích của tụ điện phẳng?
Cách giải:
Với ví dụ này, ta chỉ cần sử dụng công thức: C = \frac{\varepsilon S}{4Kd\Pi }
Trong đó; S là diện tích bản hình tròn nên 𝑆=Π𝑟2=Π.25.10−2
Vậy thay số ta được 𝐶=0,17×10−9𝐹=0,17𝑛𝐹
Bài 2:
Một tụ phẳng đặt trong không khí có các bản hình tròn đường kính 12cm, khoảng cách giữa 2 bản của tụ là 1cm. Tụ điện được nối với hiệu điện thế 300V
- Tính điện tích q của tụ điện phẳng này.
- Ngắt điện khỏi nguồn, nhúng tụ điện vào chất điện môi có hằng số điện môi là 2. Tính điện dung của tụ.
Cách giải:
Áp dụng công thức như ví dụ 1, ta có 𝐶=10−11𝐹=0,01𝑛𝐹
Khi ngắt nguồn:
Lúc này, tụ điện vẫn ở trạng thái cô lập nhưng môi trường thay đổi nên hàng số điện môi cũng đã thay đổi, suy ra: 𝐶1=𝜀𝐶=2.0,01=0,02𝑛𝐹
Bài 3:
Một tụ phẳng đặt trong không khí có điện dung C = 600 pF. Hiệu điện thế U giữa hai bản tụ là 600V. Hãy tính điện tích của tụ điện phẳng này khi:
Ngắt tụ ra khỏi nguồn, đưa hai bản tụ ra xa để tăng khoảng cách của chúng lên gắp đôi. Tính điện dung 𝐶1
Cách giải:
Khi ngắt nguồn ta có hệ thức 𝐶1𝐶=𝑑𝑑‘ suy ra: 𝐶1=𝐶𝑑𝑑‘=300𝑝𝐹
Với dạng bài này, đề có thể yêu cầu tính thêm hiệu điện thế U và năng lượng Q. Để giải các yêu cầu này, chúng ta cần áp dụng công thức: 𝐶=𝑄𝑈 để tính U và Q nhé.
Xem thêm:
- Hiệu điện thế là gì? Volt là gì? Định nghĩa, công thức, ký hiệu
- Tổng hợp Công thức Vật lý 12 siêu nhanh giúp ôn thi THPT quốc gia
- Định nghĩa dòng điện một chiều, dòng điện không đổi trong vật lý
Vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về tụ điện phẳng cũng như công thức tính điện dung của tụ điện phẳng rồi. Đây là một dạng bài tập trọng tâm trong chương trình vật lý 11. Vì thế, nếu có bất cứ thắc mắc nào về điện dung của tụ điện phẳng, hãy để lại nhận xét dưới đây để cùng DINHNGHIA.VN trao đổi và tìm hiểu nhé.
