Bài 6. Tụ điện

Tiết hội giảng môn Vật lý

Giáo viên : VÕ THÀNH NHƠN
Trường THPT Ngô Quyền
Ngày 03 tháng 02 năm 2004
1. Điện trường ở khoảng giữa hai bản kim loại phẳng, rộng vô hạn, tích điện bằng nhau và trái dấu; đặt song song đối diện và gần nhau là điện trường như thế nào ?
2. Nêu công thức liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế ( xét điện trường đều ).
- Điện trường đều
- Đường sức của điện trường đều là những đường thẳng song song cách đều nhau
.
Tiết 27
NỘI DUNG chính của BÀI :
* Định nghĩa tụ điện.
* Điện tích của tụ điện.
* Điện dung của tụ điện
1. Tụ điện:
a. Định nghĩa:
Tụ điện là một hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và cách điện với nhau.
Hai vật dẫn gọi là hai bản tụ điện
Tụ điện phẳng
Tụ điện phẳng gồm hai bản là hai tấm kim loại phẳng có kích thước khá lớn so với khoảng cách giữa chúng, đặt song song đối diện, cách điện với nhau.
.
:
b. Điện tích của tụ điện:
Tích điện :
Nối hai bản tụ điện với 2 cực của một nguồn điện ( pin,acquy.... ).
Do tác dụng của nguồn điện, electron từ cực âm sẽ đi đến bản 1, làm cho nó tích điện âm; đồng thời electron đi từ bản 2 đến cực dương của nguồn, bản 2 thiếu electron nên tích điện dương.
+Q
-Q
1
2
Do xảy ra hiện tượng hưởng ứng tĩnh điện toàn phần, nên độ lớn điện tích của 2 bản bằng nhau.
Ký hiệu tụ điện:
Ta gọi điện tích của bản tích điện dương là điện tích của tụ điện.
Kết quả :
Điện tích của hai bản trái dấu và bằng nhau về độ lớn.
2. Điện dung của tụ điện
a. Định nghĩa:
Điện dung C của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện và được đo bằng thương số của điện tích Q của tụ điện và hiệu điện thế U giữa hai bản tụ điện.
Công thức:
:
b. Đơn vị của điện dung:
Định nghĩa fara : Fara là điện dung của một tụ điện có điện tích là 1 culông khi hiệu điện thế giữa hai bản là 1 vôn.
- Ước số của fara:
1 nF ( nanôfara ) = 10 -9 ( F )
1 pF ( picôfara ) = 10 -12 ( F )
Nếu Q = 1 culông, U = 1 vôn thì C = 1 fara ( F )
1 ?F ( micrôfara ) = 10 -6 ( F )
Từ công thức:
3. Điện dung của tụ điện phẳng :
Thực nghiệm cho thấy điện dung của tụ điện phụ thuộc vào :
- Hình dạng, kích thước các bản
- Vị trí tương đối của các bản
- Bản chất của điện môi giữa hai bản
Công thức điện dung tụ điện phẳng trong hệ SI:
- Công thức điện dung tụ điện phẳng trong hệ SI:
Với ? : hằng số điện môi
d : khoảng cách giữa hai bản ( m )
S : diện tích phần đối diện của mỗi bản ( m2 )
Trên 1 tụ điện có ghi 2 chỉ số:
* Điện dung C
* Hiệu điện thế giới hạn Ugh
Hiệu điện thế giới hạn
Mỗi tụ điện ( có d nhất định ) có 1 hiệu điện thế tối đa mà nó chịu đựng được, gọi là hiệu điện thế giới hạn Ugh.
Nếu U > Ugh thì điện môi bị đánh thủng, khi đó�
tụ điện trở thành vật dẫn.
4. Các loại tụ điện :
*Chai Lâyđen : là tụ điện cổ nhất, gồm một chai thủy tinh dùng làm điện môi, mặt trong và mặt ngoài có dán hai lá nhôm hoặc thiếc dùng làm hai bản.
Dính với lá bên trong có một thanh kim loại đầu trên gắn với một quả cầu kim loại. Chai Lâyđen được dùng trong các thí nghiệm về tĩnh điện.
* Tụ điện giấy : hai bản là các lá nhôm hoặc thiếc, điện môi là giấy ( tẩm parafin ). Để giảm kích thước của tụ điện người ta cuộn các lớp đó lại.
* Tụ điện mica : hai bản là các lá nhôm hoặc thiếc, điện môi là mica.
Tụ điện mica thường có hiệu điện thế giới hạn cao tới hàng nghìn vôn.
* Tụ điện sứ : hai bản thường bằng bạc, điện môi bằng sứ đặc biệt. Tụ sứ thường có điện dung lớn.
* Tụ điện hóa học : hai bản là các lá nhôm, điện
môi là lớp ôxit nhôm rất mỏng được tạo nên bằng phương pháp điện phân.
Điện dung khá lớn ( hàng chục �F ), có hai cực
phân biệt.
* Tụ điện có điện dung thay đổi ( tụ xoay ): gồm hai hệ thống lá kim loại đặt cách điện với nhau : một hệ cố định, một hệ có thể xoay quanh 1 trục. Điện môi thường là không khí. Tụ điện loại này thường được dùng rộng rãi trong vô tuyến điện.
Ký hiệu:
Bài 1: Một tụ phẳng không khí được nối vào một nguồn điện không đổi 12V. Điện tích trên tụ là Q. Nếu khoảng cách giữa các tụ tăng lên 3 lần, trong khi tụ vẫn được nối vào nguồn thì :
a. Điện tích tăng 3 lần.
b. Điện tích giảm 3 lần.
c. Điện tích không đổi.
d. Điện tích giảm 9 lần.
Bài 2: Một tụ điện phẳng không khí được tích điện là Q, sau đó ngắt khỏi nguồn. Một chất điện môi có ? = 3 được đưa vào đầy không gian giữa hai bản tụ thì :
c. Hiệu điện thế trên tụ tăng 3 lần.
d. Hiệu điện thế trên tụ giảm 3 lần.
a. Điện tích trên tụ giảm 3 lần.
b. Điện tích trên tụ tăng 3 lần.
Bài 3: Hai bản của tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách giữa hai bản là d = 2 mm. Giữa hai bản là không khí.
a. Tính điện dung của tụ điện.
b. Có thể tích cho tụ điện đó một điện tích lớn nhất bằng bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng, biết rằng cường độ điện trường lớn nhất mà không khí chịu được là 3.105 V/m.
Qmax= C.Ugh= C.Egh.d = 5.10-9.3.105.2.10-3 = 3.10-6 C
Giải
Xét 1 tụ điện xác định, thay đổi hiệu điện thế đặt vào hai bản tụ.
Khi dùng hiệu điện thế U2 = 2U1 thì tụ tích điện tích
Q2 = 2Q1.
Khi dùng hiệu điện thế U3 = 3U1 thì tụ tích điện tích
Q3 = 3Q1.
.......................................
Kết quả :
C gọi là điện dung của tụ điện
Khi dùng hiệu điện thế U1 thì tụ tích điện tích Q1.
Thực nghiệm cho thấy :
KÍNH CHÚC QUÝ THẦY CÔ NHIỀU SỨC KHỎE
CHÚC CÁC EM HỌC TẬP TỐT