Bài 8. Tụ điện (đã cập nhập)

BÀI GIẢNG: TỤ ĐIỆN
CHUN ĐỀ: ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG
MƠN: VẬT LÍ LỚP 11
THẦY GIÁO: PHẠM QUỐC TOẢN - GV TUYENSINH247.COM
I – KIẾN THỨC CẦN NHỚ
1. Tụ điện
+ Kí hiệu trong mạch điện:

+ Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Mỗi vật dẫn
đó gọi là một bản của tụ 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. Nó
có nhiệm vụ tích và phóng điện trong mạch điện.
+ Độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện khi đã tích điện gọi là điện tích của tụ điện.
+ Điện dung của tụ điện C 

Q
là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu
U

điện thế nhất định.
+ Đơn vị điện dung là fara (F).
Cách đổi đơn vị:
1mF  103 F
1 F  106 F
1nF  109 F
1 pF  1012 F

+ Điện dung của tụ điện phẳng: C 

S

S

4 .kd 4 .109.d

Trong đó S là diện tích của mỗi bản (phần đối diện); d là khoảng cách giữa hai bản và  là hằng số
điện môi của lớp điện môi chiếm đầy giữa hai bản.
+ Mỗi tụ điện có một hiệu điện thế giới hạn. Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ vượt quá hiệu điện thế giới
hạn thì lớp điện môi giữa hai bản tụ bị đánh thủng, tụ điện bị hỏng.

1

Truy cập trang để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn –
Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất!


2. Ghép các tụ điện
a) Ghép song song:

Các công thức:

U  U1  U 2  ...  U n
Q  Q1  Q2  ...  Qn
C  C1  C2  ...  Cn
b) Ghép nối tiếp:

Các công thức:

Q  Q1  Q2  ...  Qn
U  U1  U 2  ...  U n
1 1

1
1
 
 ... 
C C1 C2
Cn
3. Năng lượng tụ điện đã tích điện:

1
1 Q2 1
W  QU 
 CU 2
2
2 C 2
II – BÀI TẬP
Bài 1: Tụ điện phẳng khơng khí có điện dung C = 500 pF được tích điện đến hiệu điện thế 300 V.
a) Tính điện tích Q của tụ điện.
b) Ngắt tụ điện khỏi nguồn rồi nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng có  = 2. Tính điện dung C1 ,
điện tích Q1 và hiệu điện thế U1 của tụ điện lúc đó.
c) Vẫn nối tụ điện với nguồn nhưng nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng có  = 2. Tính C2 , Q2 , U2
của tụ điện.
Hướng dẫn giải:

2

Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn –
Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất!


C  500 pF  5.1010 F ;U  300V

a) Điện tích của tụ điện: Q  CU  5.1010.300  1,5.107  C 
b) Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn thì điện tích trên các bản tụ điện khơng đổi:

S

C  4 kd
 C1   C  2.5.1010  109  F 
Điện dung: 
S
C 
 1 4 kd

Hiệu điện thế: U1 

Q1 1,5.107

 150 V 
C1
109

S

C  4 kd
 C2   C  2.5.1010  109  F 
c) Điện dung: 
C   S
 2 4 kd
Vẫn nối tụ với nguồn nên: U 2  U  300V
Điện tích: Q2  C2 .U 2  109.300  3.107  C 
Bài 2: Tụ phẳng có các bản tụ hình trịn bán kính 10cm. Khoảng cách và hiệu điện thế giữa hai bản là

1cm; 108 V. Giữa hai bản là khơng khí. Tìm điện tích của tụ điện ?
Hướng dẫn giải:
Bán kính: R  10cm  0,1m
Khoảng cách giữa hai bản tụ: d = 1cm = 0,01m
Hiệu điện thế giữa hai bản tụ: U = 108V
Giữa hai bản là khơng khí: ɛ = 1.

 .  R 2 
S
1. .0,12
1


 .109  F 
Điện dung của tụ điện: C 
9
4 kd
4 kd
4 .9.10 .0, 01 36
Điện tích: Q  CU 

1
.109.108  3.109  C   3  nC 
36

Bài 3: Mắc tụ khơng khí điện dung C = 10µF vào hiệu điện thế U = 10V. Tính độ thay đổi năng
lượng của tụ khi chúng ta tách hai bản tụ ra xa nhau gấp đôi khoảng cách cũ trong hai trường hợp:
a) Tụ vẫn nối vào nguồn
b) Ngắt tụ khỏi nguồn trước khi tách.

3

Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn –
Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất!


Hướng dẫn giải:
a) Tụ vẫn nối với nguồn thì hiệu điện thế không đổi:
+ Ban đầu:

S

 10 F  105 F
1
C 
 W  CU 2  5.104  J 
4 kd

2
U  10V
+ Sau khi tách hai bản tụ ra xa nhau gấp đôi khoảng cách cũ:

S
S
C


  5.106 F
1
C ' 

 W '  C 'U '2  2,5.104  J 
4 kd ' 4 k .2d 2

2
U '  10V
Vậy năng lượng của tụ giảm một lượng: W  2,5.104  J 
b) Ngắt tụ ra khỏi nguồn thì điện tích trên các bản tụ khơng thay đổi:
+ Ban đầu:

S

 10 F  105 F
C 
 Q  CU  104  C 
4

kd

U  10V
1 Q2
W
 5.104  J 
2 C
+ Sau khi tách hai bản tụ ra xa nhau gấp đôi khoảng cách cũ:

S
S
C



  5.106 F
C ' 
4 kd ' 4 k.2d 2

Q '  104 C

1 Q '2
 W' 
 103  J 
2 C'
Vậy năng lượng của tụ tăng lên 1 lượng: W  5.104  J 
Bài 4: Nối hai tụ C1 = 10µF và tụ C2 = 20µF vào cùng hiệu điện thế U. Ngắt hai tụ khỏi nguồn, rồi
nối chúng với nhau sao cho bản âm của tụ này nối với bản dương của tụ kia. Hiệu điện thế trên các tụ
điện đạt trạng thái ổn định bằng U‘ = 20V. Xác định hiệu điện thế ban đầu?
Hướng dẫn giải:

Q1  C1U  10U
+ Ban đầu điện tích trên hai tụ là: Q1 và Q2 với: 
Q2  C2U  20U

4

Truy cập trang để học Toán – Lý – Hóa – Sinh – Văn –
Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất!


+ Sau khi nối thì điện tích trên hai tụ là: Q1 ' và Q2 '
+ Theo định luật bảo tồn điện tích ta có: Q1  Q2  Q1 ' Q2 '

Q1 '  C1U '  10.20  200C

Với: 
Q2 '  C2U '  20.20  400C

 Q1  Q2  Q1 ' Q2 '  10U  600  U  60V
Bài 5: Cho ba tụ điện có điện dung lần lượt là C1, C2 và C3. Nếu mắc chúng nối tiếp thì điện dung
của bộ tụ là 1nF. Nếu chúng được mắc song song nhau thì điện dung tương đương của bộ tụ là 11nF.
Tính điện dung của các tụ. Biết rắng C2 = 3C1.
Hướng dẫn giải:

1
1
1
 C  C  C  1 1
2
3
 1
C1  C2  C3  11  2 

 3
C2  3C1

Thay (3) vào (2) ta được: C1  3C1  C3  11  C3  11  4C1

 4

Thay (3), (4) vào (1) ta có:

C1  2nF
1
1

1
2


 1  6C1  23C1  22  0  
C1  11 nF
C1 3C1 11  4C1
6

Vậy có hai bộ tụ như sau:

C1  2nF

C2  6nF
C  3nF
 3

11

C1  6 nF

11

C2  nF
2

11

C3  3 nF


Bài 6: Cho mạch tụ có dạng như hình vẽ, trong đó C1  C2  C3  C4  3 F . Tìm điện dung của bộ
tụ khi:

5

Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn –
Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất!


a) K đóng
b) K mở.
Hướng dẫn giải:
a) Khi K đóng mạch điện gồm:  C4 / / C3  nt C1  / / C2
Có:

C34  C3  C4  6  F
C134 

C1.C34
3.6

 2 F
C1  C34 3  6

Cb  C134  C2  2  3  5 F
b) Khi K đóng mạch điện gồm:  C2 nt C3  / / C1  nt C4
Có:

C23 

C2C3
3.3

 1,5 F
C2  C3 3  3

C123  C23  C1  1,5  3  4,5 F
Cb 

C123C4
4,5.3

 1,8 F
C123  C4 4,5  3

6

Truy cập trang để học Tốn – Lý – Hóa – Sinh – Văn –
Anh – Sử - Địa – GDCD tốt nhất!