Trong quạt điện, tivi, tủ lạnh, stăcte của đèn ống,\ldots{} ta thường thấy có tụ điện. Vậy tụ điện là gì ?
Hinh 6.1
Hinh 6.2 Ảnh chụp một số loại tụ điện
Hinh 6.3
Hinh 6.4 C1 Sau khi tích điện cho tụ điện, nếu nối hai bản bằng một dây
dẫn thì sẽ xảy ra hiện tượng gì ? I - TỤ ĐIỆN 1. Tụ điện là gì ?
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. Tụ điện là dụng cụ được dùng phổ biến
trong các mạch điện xoay chiều và các mạch vô tuyến điện. Nó có nhiệm vụ
tích và phóng điện trong mạch điện.
Tụ điện được dùng phổ biến là tụ điện phẳng. Cấu tạo của tụ điện phẳng
gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng
một lớp điện môi. Hai bản kim loại này gọi là hai bản của tụ điện.
Trong thực tế, hai bản kim loại thường là hai tấm giấy thiếc, kẽm hoặc
nhôm ; lớp điện môi là lớp giấy tẩm một chất cách điện như parafin. Hai
bản và lớp cách điện được cuộn lại và đặt trong một vỏ bằng kim loại
(Hình 6.1 và 6.2 ).
Trong mạch điện, tụ điện được biểu diễn bằng kí hiệu vẽ trên Hình 6.3.
2. Cách tích điện cho tụ điện
Muốn tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực
của nguồn điện (Hình 6.4). Bản nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản
nối với cực âm sẽ tích điện âm. C1 30Vì hai bản tụ điện rất gần nhau,
nên do có sự nhiễm điện do hưởng ứng, điện tích của hai bản bao giờ cũng
có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. Ta gọi điện tích của bản dương là
điện tích của tụ điện.
II - ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN 1. Định nghĩa
Dùng một nguồn có hiệu điện thế nhất định để tích điện cho một số tụ
điện khác nhau. Ta sẽ thấy độ lớn của điện tích mà chúng tích được cũng
khác nhau. Như vậy khả năng tích điện của các tụ điện ở một hiệu điện
thế nhất định là khác nhau.
Mặt khác, người ta đã chứng minh được chặt chẽ bằng lí thuyết là : Điện
tích ( Q ) mà một tụ điện nhất định tích được tỉ lệ thuận với hiệu điện
thế ( U ) đặt giũa hai bản của nó. {[} Q=C \boldsymbol{U} \text { hay }
C=\frac{Q}{U} {]}
Đại lượng ( C ) gọi là điện dung của tụ điện. Nó đặc trưng cho khả năng
tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Thật vậy, dưới một
hiệu điện thế ( U ) nhất định, tụ có điện dung ( C ) lớn sẽ tích được
điện tích ( Q ) lớn. Vậy :
Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của
tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Nó đuợc xác định bằng thương số
của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giũa hai bản của nó. 2. Đơn
vị điện dung
Trong công thức (6.1), nếu ( Q ) đo bằng đơn vị culông ( (\mathrm{C}), U
) đo bằng đơn vị vôn ( (\mathrm{V}) ) thì ( C ) do bằng đơn vị fara (kí
hiệu là ( F ) ).
Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giũa hai bản của nó hiệu
điện thế 1 V thì nó tích được điện tích ( 1 C ).
Các tụ điện thường dùng chỉ có điện dung từ ( 10\^{}\{-12\} \mathrm{~F}
) đến ( 10\^{}\{-6\} \mathrm{~F} ). Vì vậy, ta thường dùng các ước của
fara : 1 micrôfara (kí hiệu là ( \mu \mathrm{F} ) ) ( =1.10\^{}\{-6\}
\mathrm{~F} ) 1 nanôfara (kí hiệu là nF ) ( =1.10\^{}\{-9\} \mathrm{~F}
) 1 picôfara (kí hiệu là pF ) ( =1.10\^{}\{-12\} \mathrm{~F} ). 313. Các
loại tụ điện a) Mô hình cấu tạo b) nh chụp một tụ xoay
Hinh 6.5 Tu xoay
Hinh 6.6 a) Người ta thường lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ
điện : tụ không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm, ( \ldots )
Trên vỏ của mỗi tụ điện thường có ghi cặp số liệu, chẳng hạn như ( 10
\mu \mathrm{~F}-250 \mathrm{~V} ). Số liệu thứ nhất cho biết điện dung
của tụ. Số liệu thứ hai là giá trị giới hạn của hiệu điện thế có thể đặt
vào hai cực của tụ. Vượt qua giới hạn đó, tụ điện có thể bị hỏng. b)
Người ta còn chế tạo tụ điện có điện dung thay đổi được (còn gọi là tụ
xoay). Tụ xoay có một bản cố định (thực ra là một hệ thống bản) hình bán
nguyệt và một bản linh động cũng hình bán nguyệt. Bản linh động có thể
quay quanh một trục vuông góc với bản cố định tại tâm (Hình 6.5). Khi
xoay bản linh động, diện tích của phần đối diện giữa hai bản sẽ thay đổi
làm cho điện dung của tụ điện thay đổi. 4. Năng lượng của điện trường
trong tụ điện
Khi tụ điện được tích điện thì giữa hai bản của tụ điện sẽ có một điện
trường. Nếu ta tưởng tượng cho một lượng điện tích nhỏ ( +\Delta Q ) di
chuyển theo một dây dẫn từ bản dương sang bản âm (Hình 6.6) thì điện
trường sẽ sinh công. Dây dẫn sẽ nóng lên chút ít. Đến bản âm thì điện
tích ( +\Delta Q ) sẽ trung hoà bớt một lượng điện tích âm là (
-\Delta Q ). Điện tích của tụ điện bị giảm đi một lượng ( \Delta Q ).
Nếu cứ tiếp tục làm như trên thì sẽ đến lúc tụ điện hết điện. Điện
trường sẽ triệt tiêu. Toàn bộ công mà điện trường sinh ra đã làm tăng
nội năng của dây dẫn. Năng lượng này do điện trường cung cấp.
Vậy, khi tụ điện tích điện thì điện trường trong tụ điện sẽ dự trữ một
năng lượng. Đó là năng lượng điện trường .
Người ta đã chứng minh được công thức tính năng lượng của điện trường
trong tụ điện : {[} W=\frac{Q^{2}}{2 C} {]} 32 Tụ điện là dụng cụ thường
dùng để tích và phóng điện trong mạch điện. Cấu tạo của tụ điện phẳng
gổm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng
lớp điện môi. Điện dung của tụ điện đặc trưng cho khả năng tích điện của
tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. {[} C=\frac{Q}{U} {]}
Đơn vị điện dung là fara ( (\mathrm{F}) ). Khi tụ điện tích điện thì
điện trường trong tụ điện sē dự trữ một năng lượng. Đó là năng lượng
điện trường.
C U HỎI VÀ BÀI TẬP 1. Tụ điện là gì ? Tụ điện phẳng có cấu tạo như thế
nào? 2. Làm thế nào để tích điện cho tụ điện ? Người ta gọi điện tích
của tụ điện là điện tích của bản nào ? 3. Điện dung của tụ điện là gì ?
4. Năng lượng của một tụ điện tích điện là dạng năng lượng gì ? 5. Gọi (
Q, C ) và ( U ) là điện tích, điện dung và hiệu điện thế giữa hai bản
của một tụ điện. Phát biểu nào dưới đây là đúng ? A. ( C ) tỉ lệ thuận
với ( Q ). B. ( C ) tỉ lệ nghịch với ( U ). C. C phụ thuộc vào ( Q ) và
( U ). D. C không phụ thuộc vào ( Q ) và ( U ). 6. Trong trường hợp nào
dưới đây, ta không có một tụ điện ? Giữa hai bản kim loại là một lớp A.
mica. B. nhựa pôliêtilen. C. giấy tẩm dung dịch muối ăn. D. giấy tẩm
parafin. 7. Trên vỏ một tụ điện có ghi ( 20 \mu \mathrm{~F}-200
\mathrm{~V} ). a) Nối hai bản của tụ điện với một hiệu điện thế 120 V .
Tính điện tích của tụ điện. b) Tính điện tích tối đa mà tụ điện tích
được. 8*. Tích điện cho một tụ điện có điện dung ( 20 \mu \mathrm{~F} )
dưới hiệu điện thế 60 V . Sau đó tháo tụ điện ra khỏi nguốn. a) Tính
điện tích ( q ) của tụ. b) Tính công mà điện trường trong tụ điện sinh
ra khi phóng điện tích ( \Delta q=0,001 q ) từ bản dương sang bản âm. c)
Xét lúc điện tích của tụ điện chỉ còn bằng ( \frac{q}{2} ). Tính công mà
điện trường trong tụ điện sinh ra khi phóng điện tích ( \Delta q ) như
trên từ bản dương sang bản âm lúc đó. 33ổng kết DIỆN TÍCH chưong I DIỆN
TRƯỜNG 1. Có hai loại điện tích là điện tích âm và điện tích dương. Các
điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau. Đơn vị điện tích
là culông ( (\mathrm{C}) ). 2. Định luật Cu -lông về lực tương tác giữa
các điện tích điểm đặt trong chân không : {[} F=9.10\^{}\{9\}
\frac{\left|q_{1} q_{2}\right|}{r^{2}} {]} 3. Thuyết êlectron là thuyết
căn cứ vào sự cư trú và di chuyển của các êlectron để giải thích các
hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật. Dựa vào thuyết
êlectron có thể giải thích được các hiện tượng nhiễm điện do cọ xát, do
tiếp xúc và do hưởng ứng\ldots{} 4. Xung quanh mỗi điện tích có điện
trường của điện tích đó. Nó tác dụng lực lên các điện tích khác đặt
trong đó. 5. Cường độ điện trường của một điện tích điểm trong chân
không : {[} E=\frac{F}{q} ; E\_\{\text {diện tich diểm }\}=9.10\^{}\{9\}
\frac{|Q|}{r^{2}} {]}
Đơn vị cường độ điện trường là vôn trên mét ( (\dot{V} / \mathrm{m}) ).
6. Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của
vectơ cường độ điện trường. 7. Công của lực điện không phụ thuộc vào
hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của
đường đi trong điện trường . 8. Thế năng của một điện tích điểm ( q )
tại điểm ( M ) trong điện trường tỉ lệ thuận với ( q ) : {[}
W\_\{M\}=A\_\{M \infty\}=V\_\{M\} q {]} 9. Điện thế tại một điểm đặc
trưng cho điện trường về khả năng sinh công khi tác dụng lực lên một
điện tích ( q ). Hệ thức giữa điện thế và công ( A\_\{\mathrm{M}
\infty\} ) là : {[} V\_\{\mathrm{M}\}=\frac{A_{\mathrm{M} \infty}}{q}
{]} 10. Hiệu điện thế : {[}
U\_\{\mathrm{MN}\}=V\_\{\mathrm{M}\}-V\_\{\mathrm{N}\}=\frac{A_{\mathrm{MN}}}{q}
{]}
Đơn vị điện thế và hiệu điện thế là vôn (V). 11. Hệ thức giữa cường độ
điện trường đều và hiệu điện thế : ( \boldsymbol{U}=\boldsymbol{E d} ).
12. Điện dung của tụ điện : ( C=\frac{Q}{U} ). Đơn vị điện dung là fara
( (\mathrm{F}) ). 13. Điện trường trong tụ điện có dự trữ năng lượng.
