Tải bản đầy đủ (.pdf) (43 trang)

Tụ điện và một số ứng dụng của tụ điện trong khoa học kỹ thuật

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (762.72 KB, 43 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 
KHOA VẬT LÝ 
------------ 
 
 
 
 
TRẦN THỊ BÍCH LIÊN
 
 
 
 

TỤ ĐIỆN VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN
TRONG KHOA HỌC KỸ THUẬT 
 
Chuyên ngành: Vật lí đại cương 
 
 
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
 
 
Người hướng dẫn khoa học 
TH.S HOÀNG PHÚC HUẤN
 

HÀ NỘI, 2013
 


LỜI CẢM ƠN


 
  

Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, khẩn trương đến nay đề tài khóa 

luận tốt nghiệp của em đã hoàn thành. Trong thời gian nghiên cứu em đã được 
sự giúp đỡ tận tình của giảng viên – Th.s Hoàng Phúc Huấn – người trực tiếp 
hướng dẫn em làm đề tài này cùng các thầy cô trong khoa Vật Lý, đặc biệt là 
tổ Vật lý Đại cương trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và các bạn sinh viên 
khoa Vật Lý. 
  Em  xin trân  trọng  cảm  ơn  các  thầy  giáo,  cô  giáo trong khoa Vật  Lý 
trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, cùng gia đình, bạn bè đã động viên khích 
lệ và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này. 
                                                                                     
Sinh viên thực hiện 
 
Trần Thị Bích Liên


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin  cam  đoan khóa luận  tốt  nghiệp  “Tụ điện và một số ứng dụng
của tụ điện trong khoa học kĩ thuật”, đây là khóa luận tốt nghiệp của bản thân. 
Tất cả những thông tin tham khảo dùng trong khóa luận lấy từ các công trình 
nghiên cứu có liên quan đều được nêu rõ nguồn gốc trong danh mục tài liệu 
tham khảo. Các kết quả nghiên cứu đưa ra trong khóa luận tốt nghiệp là hoàn 
toàn trung thực. 
 
Ngày       tháng          năm 2013 
TÁC GIẢ


Trần Thị Bích Liên


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỤ ĐIỆN – ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN ........................... 3
1.1. Tụ điện – Điện dung của tụ điện .............................................................. 3 
1.2. Ghép các tụ điện .................................................................................... 10 
1.3. Năng lượng điện trường ......................................................................... 12 
1.4. Ứng dụng (giải một số bài tập liên quan đến tụ điện) ............................. 14 
CHƯƠNG 2: PHÂN LOẠI TỤ ĐIỆN ....................................................... 19
2.1. Phân loại về tụ điện. .............................................................................. 19 
2.2. Cách đọc trị số ghi trên tụ ...................................................................... 23 
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN TRONG KHOA
HỌC KĨ THUẬT ........................................................................................ 27
3.1.Một số ứng dụng của tụ điện .................................................................. 27 
3.2. Vai trò của tụ điện trong mạch lọc ......................................................... 28 
3.3. Vai trò của tụ điện trong động cơ điện ................................................... 32 
3.4. Vai trò của tụ điện trong chỉnh tốc độ động cơ ...................................... 33 
3.5. Vai trò của tụ điện trong mạch điện xoay chiều ..................................... 34 
3.6. Tụ giấy, gốm và tụ hóa có ứng dụng giống nhau không ......................... 34 
3.7. Muốn tạo ra một tụ điện có điện dung tùy ý thì phải làm thế nào ........... 34 
3.8. Cách kiểm tra tụ điện trong mạch điện như thế nào ............................... 35 
3.9. Cách bảo quản vật liệu gốm và tụ điện .................................................. 37 
KẾT LUẬN ................................................................................................. 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 39



MỞ ĐẦU
 
1. Lý do chọn đề tài 
Tụ điện theo đúng tên gọi chính là  linh kiện có chức năng tích tụ năng 
lượng điện, là  1 trong số 5 linh kiện quan trọng của thiết bị  điện tử. Tụ điện 
không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn các 
tín hiệu xoay chiều. Chúng thường được dùng kết hợp với các điện trở trong 
các  mạch  định  thời  bởi  khả năng  tích  tụ năng  lượng  điện  trong  một  khoảng 
thời  gian  nhất định.  Đồng  thời  tụ   điện  cũng  được  sử dụng  trong  các 
nguồn điện với chức năng làm giảm độ gợn sóng của nguồn trong các nguồn 
xoay chiều,  hay trong  các  mạch  lọc  bởi  chức  năng  của  tụ nói một  cách đơn 
giản đó là  tụ ngắn mạch (cho dòng điện đi qua) đối với dòng điện xoay chiều 
và hở mạch đối với dòng điện một chiều. Hiểu  được cấu tạo và ứng dụng của 
tụ điện trong khoa học kĩ thuật là  điều rất cần thiết. Vì các lý do trên nêu tôi 
chọn đề tài “TỤ ĐIỆN VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN TRONG 
KHOA HỌC KĨ THUẬT”. 
2. Mục đích nghiên cứu 
-  Tìm hiểu cấu tạo của tụ điện. 
- Biết cách phân loại tụ điện. 
- Vai trò của tụ điện trong một số mạch điện 
- Biết cách đọc các chỉ số trên tụ điện . 
3. Đối tượng nghiên cứu. 
- Tụ điện có trị số xác định. 
       + Tụ điện một chiều. 
       + Tụ điện xoay chiều. 
- Tụ điện có trị số biến đổi (tụ xoay) 





4. Giả thuyết khoa học. 
Tụ điện là một linh kiện quan trọng trong 5 linh kiện điện tử, tụ điện 
không thể thiếu trong các mạch lọc,  mạch dao động và mạch truyền dẫn tín 
hiệu xoay chiều….Hiểu cấu tạo và hoạt động cũng như ứng dụng của tụ điện 
là điều rất cần thiết và bổ ích. 
5. Nhiệm vụ nghiên cứu. 
Nghiên  cứu,  tìm  hiểu  sâu  về  tụ  điện,  các  ứng  dụng  của  tụ  điện  trong 
khoa học kĩ thuật. 
6. Phương pháp nghiên cứu. 
- Xây dựng một hệ thống các bài tập về mạch điện có chứa tụ điện. 
- Tìm hiểu về một số ứng dụng quan trọng của tụ điện trong đời sống 
và trong khoa học kĩ thuật. 
- Đọc và tra cứu tài liệu 
7. Cấu trúc khóa luận. 
Luận văn gồm 3 chương: 
Chương 1: Tụ điện – Điện dung của tụ điện. 
Chương 2 : Phân loại tụ điện. 
Chương 3 : Một số ứng dụng của tụ điện trong khoa học kĩ thuật. 




NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỤ ĐIỆN-ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN
1.1. Tụ điện – Điện dung của tụ điện
1.1.1 Tụ điện
- Định nghĩa: Tụ điện là một hệ thống gồm hai vật dẫn tích điện đều 
trái dấu giữa chúng xảy ra hiện tượng hưởng ứng tĩnh điện toàn phần. 
-  Tụ điện đơn giản nhất là tụ điện hình cầu, gồm hai quả cầu kim loại 
đồng tâm. Hai bản kim loại phẳng đặt song song và cách điện với nhau cũng 

có thể coi là tụ điện (tụ điện phẳng), nếu khoảng cách giữa chúng là nhỏ là 
nhỏ so với kích thước của chúng. Hai hình trụ dẫn điện đồng trục cũng có thể 
coi là  tụ  điện  (tụ  điện  hình trụ)  nếu  chiều  dài  của  chúng  lớn  so  với  khoảng 
cách giữa chúng. Hai vật dẫn tạo nên tụ điện được gọi là hai bản của tụ điện. 
Vì các đường sức bắt đầu từ một bản và tận cùng ở bản kia của tụ điện nên 
điện tích của hai bản là bằng nhau về trị số và khác dấu. Để tích điện cho tụ 
có nhiều cách: ta nối hai bản tụ điện với hai cực của nguồn điện, bản dương 
nối với cực dương, bản âm nối với cực âm của nguồn điện hoặc nối một bản 
của tụ với nguồn điện không đổi và bản kia nối đất. 
1.1.2. Điện dung của tụ điện
   Điện  dung  là  đại  lượng  nói  lên khả  năng tích điện  trên hai  bản  cực 
của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu 
làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực. 
   Công thức điện dung của tụ phẳng là: 
C

 o S
d

 

Trong đó: 
                     0 =  8,86.1012  C 2 / N .m 2   
 C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara (F) 




 :là hằng số điện môi của lớp cách điện. 
 d: là chiều dày của lớp cách điện. 

 S: là diện tích đối diện. 
- Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó 
trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara 
(nF), PicoFara (pF). 
1µF = 106  F  
1nF = 109  F 
1pF = 1012  F 
- Giả  sử  ở  một  trạng thái  nào  đó  của  tụ  điện,  giá  trị  tuyệt  đối  của  điện 
tích trên các bản là q, hiệu điện thế giữa hai bản là: U = V1 – V2. Ta xét một 
trạng thái khác của tụ điện trong đó q’ = nq và hiệu điện thế giữa hai bản cũng 
biến đổi n lần:  V1'  V2'  n(V1  V2 )  

q
q'

 C . 
V1  V2 V1'  V2'
Từ : 

C
Nếu        V

1

 V

2

 1 


q
 
V1  V2

C

 q  

- Kết luận: Điện dung của tụ điện có giá trị bằng điện tích trên các bản 
khi hiệu điện thế giữa hai bản bằng một đơn vị điện thế. 
- Khi giữa hai bản có chất điện môi, điện dung của tụ điện lớn hơn khi 
giữa hai bản là chân không. Nếu chất điện môi là đồng chất, chứa đầy không 
gian giữa hai bản, điện dung tăng lên    lần (   là hằng số điện môi của chất 
điện môi). 




1.1.3. Điện dung của một số tụ điện
+ Tụ điện phẳng:
 

-    Đó  là  hệ  hai  bản kim  loại  phẳng  cùng  diện tích  S  đặt  song  song  và 

cách nhau một đoạn d. Hai bản này là hai bản của tụ điện. Khoảng cách d rất bé 
so với khoảng cách giữa hai bản. Do đó điện trường giữa hai bản được coi như 
gây bởi hai mặt song song vô hạn mang điện với mật độ điện mặt bằng nhau 
nhưng trái dấu. Hai bản được coi là hưởng ứng tĩnh điện toàn phần. Gọi   V1  là 
điện thế của bản mang điện tích +q còn   V2  là điện thế của bản mang điện tích 
–q. 

     - Ta có: Điện dung C được xác định từ công thức: 

C

q
q

V1  V2 U

Trong đó: U = E.d, E là điện trường đều  giữa hai bản tụ điện.

E


q
q  0 S

C 

 o  o S
Ed
d

     Nếu giữa hai bản là chân không (hay không khí) có    = 1 thì 

C0 
      -  Từ  biểu  thức:  C 

oS
d


 C   .Co  

 oS
q

U
d

ta  nhận  thấy  muốn  tăng  điện 

dung C thì phải tăng S và giảm d. Tăng S thì kích thước của tụ sẽ lớn, giảm d 
thế U nhất định, quá hiệu điện thế đó sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện giữa hai 
bản tụ. Hiệu điện thế lớn nhất mà mỗi tụ có thể chịu được gọi là hiệu điện thế 
đánh thủng. Vậy ta có thể tăng  điện dung  bằng  cách ghép song  song  các tụ 
hoặc tăng hằng số điện môi   . 




+ Tụ điện cầu
Tụ điện cầu là tụ điện mà hai bản tụ là hai mặt cầu đồng tâm tích điện 
trái dấu, giữa chúng xảy ra hiện tượng hưởng ứng tĩnh điện toàn phần. Để tính 
cường độ điện trường tại M cách tâm mặt cầu một khoảng r (R1< r <  R2) ta 
chọn mặt Gauxo là mặt cầu tâm O bán kính r. 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 

Theo định lý O – G ta có: 

N

q

o  

Mà: 
N


S

 
E dS 

 E dS   E .dS  E.S  E .4 r
n

S

2


  

S



dV
1 q
E


gradV  E  

Có:   
 
dr 4 0 r 2
(Vì vectơ cường độ điện trường trùng phương với pháp tuyến của mặt đẳng 
thế và trùng phương bán kính) 
 
  




   

Hiệu điện thế giữa hai bản là: 
R1

1


U  V1  V2   dV   
R2

2

C 

 

q dr
q 1 1 

  
2
4 0 r
4 o  R1 R2 

4 0
4 o R1R2
q
q



U V1  V2 1  1
R2  R1
R1 R2

- Nếu bản ngoài rất xa bản trong ( R2 >> R1) thì  C  4  o R1 và kết quả 


này  cũng  đúng  cả  trong  trường  hợp  nếu  bản  ngoài  không  có  dạng  hình  cầu 
nhưng rất xa bản trong. Khi đó  C  4 o R1  là điện dung của quả cầu cô lập. 
  - Nếu khoảng không gian giữa hai bản của tụ điện chứa đầy điện môi 
có hằng số điện môi   thì điện dung của tụ cầu là: 

C 

4 o R1 R 2
R 2  R1

        + Tụ điện trụ
     

Hai bản của tụ điện là hai mặt trụ kim loại đồng trục bán kính R1, R2. 

Nếu chiều cao l rất lớn so với bán kính R1, R2 ta có thể coi điện trường giữa 
hai bản như điện trường gây ra bởi hai mặt trụ mang điện dài vô hạn. Khoảng 
không gian giữa hai bản của tụ điện hình trụ là chân không (không khí), giữa 
chúng xảy ra hiện tượng hưởng ứng tĩnh điện toàn phần. 
        -  Để  tính  cường  độ  điện  trường  tại  M  nằm  trong  khoảng  không  gian 
giữa hai bản tụ và cách trục hình trụ một khoảng r ( R1 < r < R2 ) ta chọn mặt 
Gauxơ là một mặt trụ đồng trục với hai mặt trụ của tụ điện đồng thời quy ước 

vẽ vectơ pháp tuyến  n với mặt trụ hướng từ trong ra ngoài. 




- Theo định lí O-G ta có: 


N

q

o  

 
 Mà : N   E.dS  



- Với hai mặt đáy của hình trụ thì ta  n  E nên điện thông gửi hai 
mặt  đáy  bằng  0.  Điện  thông gửi  qua  mặt  S  là  điện  thông  gửi qua  mặt  xung 
quanh là 
N




EdS  

S xq





         Vì  E cùng phương, cùng chiều với  n và hướng dọc theo bán kính  
kính nên ta có: 



N   EdS   EdS  E.Sxq  E.2 rl  
Sxq

Sxq

- Mặt khác ta có: 




N 

q

o

 E 

q
2  o rl

 
dV
E  g r a dV  E  
 d V   E .d r
dn
R2


 V 2  V1  



R1

 C 

dr
q
R  
 
ln 2
2  ol r
2  0l
R1
q

q
2  0l

R
V1  V 2
ln 2
R1

         - Nếu khoảng không gian giữa hai bản của tụ điện hình trụ chứa điện 
môi đồng chất có hằng số điện môi    thì điện dung của tụ điện hình trụ là: 

C 


2   0l
R2  
ln
R1

         - Nếu khoảng cách giữa hai bản d = R2 – R1 << R1 thì theo công thức 
tính gần đúng ta có : 

R2
R  R1  R2  R1
d
 ln  1  2


R1
R1 
R1
R1

 
2 0 lR 1  0 S
C

d
d
ln

              S  2  R 1 l   là diện tích của mỗi bản tụ. 
   


- Tuy nhiên với một chất điện môi xác định ta không thể tăng điện dung 

của tụ điện bằng cách giảm  mãi khoảng cách giữa hai bản được, vì khi điện 
trường giữa hai bản sẽ rất lớn làm cho chất điện môi giữa hai bản trở thành 
dẫn điện, điện tích trên hai bản sẽ phóng qua lớp điện môi của tụ điện, khi đó 
ta có tụ điện bị đánh thủng. Hơn nữa ta cũng không thể đặt vào các bản của tụ 
điện  hiệu  điện  thế  lớn  quá  mức  chịu  đựng  của  tụ  điện.  Như  vậy,  muốn  có 
những tụ điện kích thước nhỏ, điện dung lớn cần chọn những chất điện môi có 
hằng số điện môi lớn và chịu được hiệu điện thế đánh thủng cao. 




1.2. Ghép các tụ điện 
1.2.1. Ghép song song các tụ điện
- Ta có n tụ điện mắc song song với nhau, mắc vào tụ điện như hình vẽ 
và nguồn điện có hiệu điện thế: V1 – V2 
-Ta có: q1 = C1 ( V1 – V2 ) 

q2 = C2 ( V1 – V2 ) 
……………………. 
qn = Cn ( V1 – V2 ) 
Tổng điện tích của cả bộ tụ điện là : 

q  q1  q 2  ....  q 3  V1  V 2  C1  C 2  ...  C n 
Điện dung tương đương của bộ tụ điện là : 
C

q

 C1  C 2  ......  C n 
V1  V2

n

C

i

i 1

1.2.2. Ghép nối tiếp các tụ điện
 

Ta có hai tụ điện mắc nối tiếp với nhau với nhau như hình vẽ  

 
           Hai tụ điện này được mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế là :  
V1 – V2 

10 


          Do hiện tượng hưởng ứng tĩnh điện toàn phần trên mỗi tụ đều có điện 
tích là q. 
 Hiệu điện thế trên mỗi tụ là: 
V1  V ' 

q
q

,V '  V2 
 
C1
C2

 1
1 
 V1  V 2  q 

 
 C1 C 2 
Vậy điện dung tương đương của bộ tụ điện mắc nối tiếp là :  

V  V2
1
1
1
 1


C
q
C1 C 2
Nếu ta có n tụ điện mắc nối tiếp thì ta có :
1

C

n



i 1

1
Ci

1.2.3. Ghép hỗn hợp

 

Các tụ điện được ghép thành bộ vừa  ghép  song song, vừa  ghép nối   

tiếp. Để tìm điện dung C của hệ này ta sử dụng  lần lượt các công thức tính 
điện dung của hai cách ghép trên.
 

- Theo hình vẽ ta có các tụ ghép với nhau như sau : 

C 1

/ /C

2

n tC 3  

Và nguồn điện có hiệu điện thế của cả  đoạn mạch là :    V 1  V 2  

11 



 Ta có với đoạn mạch:   C1 / /C2   thì  hai tụ ghép song song với nhau  
'

và nguồn điện có hiệu điện thế giữa hai tụ là :  V1  V  
Thì điện dung tương đương của hai bộ tụ là : 

q
 C1  C2  
V 1 V '

C12 
 Bộ tụ   C 1 / / C

V1  V

2

 n t C 3 nên  hiệu điện thế trên mỗi tụ là : 

'



q
,V
C 12

'


 V2 

q
C3

 1
1 
 V1  V 2  q 


C3 
 C 12

 

Vậy điện dung tương đương của bộ tụ là : 

1 V1  V2
1
1



C
q
C12 C3  
1.3 Năng lượng điện trường
1.3.1. Năng lượng của một hệ vật dẫn tích điện
-  Giả sử có một hệ vật dẫn cân bằng điện, có các điện tích và điện thế 
lần lượt là :  q1, q2 ,..., qn  và  V1,V2 ,...,Vn .  

- Năng lượng của hệ điện điểm:

1 n
W =  q iV i  
2 i 1

- Đối với tụ điện: Khi tích điện cho tụ ta nối hai bản tụ với hai cực của 
nguồn điện. Khi đó nguồn điện phải thực hiện một công để đưa các điện tích 
tới hai bản tụ. Khi hiệu điện thế giữa hai bản là U mà nguồn tiếp tục đưa một 
lượng  điện  tích  vào  hai  bản  tụ  thì  nguồn  điện  phải  thực  hiện  một  công  để 
thắng lực tĩnh điện: 
dA = u. dq = C.u.du 

12 


Công  mà  nguồn  điện phải  thực  hiện để tích điện  cho tụ làm cho hiệu 
điện thế của tụ tăng từ 0 đến U là: 
U

1
A   C udu  C U
2
0

2

q2

 

2C

Và công mà nguồn điện thực hiện được chuyển thành năng lượng của 
tụ điện:  

1
q2
2
W=A= CU 
2
2C
1.3.2. Năng lượng điện trường
1
q2
2
- Biểu thức năng lượng:  W  CU 
  tìm được trên cơ sở lập luận 
2
2C

cho tụ điện tĩnh điện và năng lượng đó có thể định xứ trên các điện tích ở hai 
bản tụ . 
- Cả lý thuyết và thực nghiệm đều xác nhận trường điện từ biến thiên 
theo  thời  gian  tồn tại  ngay  cả  khi không có điện  tích  và  dòng  điện.  Trường 
điện từ biến thiên lan truyền tạo thành sóng điện từ. Sóng điện từ mang năng 
lượng.  
Như vậy năng lượng điện từ nói chung và năng lượng điện nói riêng định xứ 
trong trường. 
-  Điện trường  mang năng lượng.  Vậy  phần năng lượng của tụ điện là 
năng lượng của điện trường tồn tại giữa các bản của tụ điện. 

-  Ta  xét  trường  hợp  tụ  điện  phẳng  thì  điện  trường  giữa  hai  bản  tụ  là 
điện trường đều. 

1
W  CU 2  
2
Mà : 

13 




C =



W



1

2

o

S

d


o

E

2

,U

S d 

 E .d

1

2

o

E

2

 
 V

(trong đó:  S .d  V  là thể tích không gian giữa hai bản tụ trong đó có điện 
trường) 

1

w   o E 2 là mật độ năng lượng điện trường.
2
- Trong trường hợp điện trường không đều ta chia khoảng không gian 
nơi có điện trường thành các vi phân thể tích dV rất nhỏ sao cho trong mỗi vi 
phân thể tích điện trường là đều.

1
1
 W   wdV    o E 2 dV   DEdV
2
2
1.4. Ứng dụng (giải một số bài tập liên quan đến tụ điện)
1.4.1. Bài tập ghép các tụ điện khi chưa tích điện
Phương pháp giải: 
- Nhận biết các tụ trong mạch được ghép với nhau như thế nào (ghép 
nối tiếp, ghép song song hay ghép hỗn hợp). 
- Nếu sơ đồ mạch điện phức tạp thì ta có thể vẽ lại sơ đồ sao cho đơn 
giản nhất. 
- Sau đó vận dụng các công thức xác định điện dung của tụ điện (đối 
với tụ điện trụ hoặc tụ điện cầu thì áp dụng định lí O – G) và các yếu tố liên 
quan. 
Bài 1: 
Một tụ điện không khí tích điện tới hiệu điện thế U rồi ngắt khỏi nguồn. Diện 
tích mỗi bản là S, khoảng cách giữa hai bản là d. Những bản tụ điện được đặt 

14 


thẳng đứng. Người ta đưa một bình đựng chất điện môi lỏng hằng số ε, từ 
dưới làm cho điện môi ngập một nửa tụ điện. 

1. Tính điện dung của tụ điện ấy? 
2. Tính cường độ điện trường trong khoảng giữa hai bản ở phần không 
khí và ở phần chất điện môi? 
3. Sự  phân  bố  lại  mật  độ  điện  tích  trên  mặt  mỗi  bản  tụ  điện  như  thế 
nào? 
4. Xác định độ biến thiên năng lượng của tụ? Coi mặt ngăn giữa điện 
môi và không khí là mặt phẳng và bỏ qua độ cong của đường sức ở 
mặt biên. 
Bài giải:
Khi tích điện cho tụ đến hiệu điện thế U thì điện tích của tụ điện là Q = CU. 
Ngắt tụ ra khỏi nguồn thì điện tích của tụ không đổi.                      
1. Khi đưa điện môi vào thì tụ biến thành hai tụ ghép song song 
Cb  C1  C2 

 0S



 0 S



1     0 S                                

2d
2d
2d
 2.  Vì hai tụ ghép song song nên hiệu điện thế  U1  U 2  U   
q CU
 S .2d .U

2U
với  U  
                             

 0

Cb Cb d 1     0 S 1  
U
2U
Ek 2  Edmôi 

d 1    d  

3. 
Q1  C1U  

      

 0 S 2U
 SU

 0
2d 1   1    d                                           

15 


Q1
2 0U
                                                               


S
1  d

2
 S 2U
 S U
                                        
Q2  C2U   0 
 0
2d 1   1    d
Q
2 0U
     
2  2 
S
1  d

2
                                                            

1 

4. 
Trước khi đưa điện môi vào năng lượng của tụ là: 
1
1
S
W  CQ  CU 2  0  U 2                                                  
2

2
2d
Sau khi đưa điện môi vào: 
2
1
1  0S
2U 

2
W   CbU  
 1    
   
2
2 2d
 1  
 0 S .U 2
        
W 
1    d
                                                                   
    Độ biến thiên năng lượng của tụ là 
 
 0 S .U 2  0 S 2 1     0 S .U 2

U 
   W  W   W 
    
2 1    d
1    d 2d
            

         Vì    1  W  0  năng lượng của tụ giảm     
 
1.4.2. Bài toán về mạch điện gồm các tụ điện đã được tích điện sau
đó ghép lại với nhau
Phương pháp giải: 
Đây là loại bài toán về mạch điện gồm các tụ điện đã được tích điện sau 
đó  ghép  lại  với  nhau,khi  đó  có  sự  phân  bố  lại  điện tích trên  các  bản  của  tụ 
điện và có sự dịch chuyển của các điện tích trong mạch.Để giải loại bài toán 
này ta cần dựa vào các phương trình sau: 
+ Phương trình về hiệu điện thế: 

16 


U = U1 + U2 +……….  (ghép nối tiếp) 
U = U1 = U2 =……….. (ghép song song) 
+ Phương trình của định luật bảo toàn điện tích của hệ cô lập : 
q1 + q2 +………… = const                                           
Bài 1: 
   Cho mạch điện như hình vẽ. Lúc đầu K2 mở còn K1 đóng, sau đó K1 mở, K2 
đóng. Xác định hiệu điện thế U1 và U2 của hai tụ.  

 
Bài giải:
Khi K2 mở, K1 đóng tụ C1 được tích điện q1= C1E1                       
Mở K1 rồi đóng K2 thì 2 tụ được nạp điện nhưng không nối tiếp   






             U1  U 2  E1  E2 1  U 2  E1  E2  U1 1
 - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho các bản tụ C1, C2 nối với C
q1  q2  q1  C1U1  C2U 2  C1E1

 2  

Thế  1 vào (2) 





C1U1  C2 E1  E2  U1  C1E1

 

  C1  C2 U1   C1  C2  E1  C2 E2  
 U1 

 C1  C2  E1  C2 E2                                                           

C1  C2
- Thay vào (1)

17 


 C  C2  E1  C2 E2                                                
U 2  E1  E2  1

C1  C2
C E  C2 E1  C1E2  C2 E2   C1  C2  E1  C2 E2
              
 U 2  1 1
C1  C2
CE
U 2  1 2                         
C1  C2
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


18 


Chương 2: PHÂN LOẠI TỤ ĐIỆN
2.1. Phân loại tụ điện
2.1.1. Theo tính chất lý hóa và ứng dụng
     

Có các loại tụ điện: 
* Tụ điện phân cực:  (tụ hóa) 
Là  loại  tụ  điện  có  hai  đầu  (+),  (-)  rõ  ràng,  không  thể  mắc  ngược  đầu 

trong mạng điện được. Tụ hoặc có giá trị từ   0, 47  F  đến khoảng  4700  F , tụ 
hóa thường được  sử dụng trong các  mạch có  tần  số thấp nhất hoặc dùng để 
lọc nguồn, tụ hóa luôn luôn có hình trụ. 

 
                        Tụ hóa – Là tụ có phân cực âm dương 
* Tụ điện không phân cực: (tụ giấy, tụ gốm, tụ mica) 
           Là tụ không quy định cực tính , đầu nối thoải mái vào mạng  AC lẫn 
DC. Thường có điện dung nhỏ từ  0, 47  F  trở xuống, các tụ này thường được 
dùng trong các mạch điện có tấn số cao hoặc mạch lọc nhiều. 
 

19 


 


 
                              Tụ gốm – tụ không phân cực 
* Tụ biến dung: 
           Là tụ có thể xoay để có thể thay đổi giả trị điện dụng, tụ này thường 
được lắp trong radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài. 

 
                           Tụ xoay sử dụng trong Radio 
* Tụ điện hạ (thấp) áp và cao áp:
Do điện áp làm việc mà có phân biệt “tương đối” này. 

20 


* Tụ lọc (nguồn) và tụ liên lạc (liên tăng):
          Tụ  điện  dùng  vào  mục  tiêu  cụ  thể  thì  gọi  tên  theo  ứng  dụng,  và  đây 
cũng là phân biệt “tương đối”. 
2.1.2. Theo cấu tạo và dạng thức
* Tụ điện gốm (tụ đất):
           Gọi tên như vậy do chúng được làm bằng ceramic, bên ngoài bọc keo 
hay nhuộm màu. Gốm điện môi được dùng là COG, X7R, Z5U v.v…
- Tụ gốm đa lớp : là loại tụ gốm có nhiều lớp bán cực cách điện bằng 
gốm.  Tụ này đáp ứng cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm thường khoảng 
4 đến 5 lần. 

 
* Tụ giấy:
          Là  tụ  điện  có  bản  cực  là  các  lá  nhôm  hoặc  thiếc  cách  nhau  bằng  lớp 
giấy tẩm dầu cách điện làm dung môi. 
* Tụ mica màng mỏng:

          Cấu  tạo  với  các  lớp  điện  môi  là  mica  nhân  tạo  hay  nhựa  có  cấu  tạo 
màng mỏng như mylar, polycarbonate, polystyrene.... 
* Tụ hóa học :
           Là tụ giấy có dung môi hóa học đặc hiệu, tạo nên dung cao và rất cao 
cho tụ điện. Nếu bên ngoài có vỏ nhôm bọc nhựa thì còn gọi là tụ nhôm. 

21 


×