Dưới đây là bài giảng Bài 21: Tụ điện môn Vật lý lớp 11 chương trình Kết nối tri thức được HOC247 biên soạn và tổng hợp giúp các em tìm hiểu về cấu tạo của tụ điện, đọc hiểu các thông số kĩ thuật cơ bản của tụ điện, ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống. Để đi sâu vào tìm hiểu và nghiên cứu nội dung vài học, mời các em cùng tham khảo nội dung chi tiết trong bài giảng sau đây.
Tóm tắt lý thuyết
1.1. Tụ điện
Tụ điện là một loại linh kiện điện tử gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi). Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện.
Hình 21.1. Một số loại tự điện
Hình 21.2. Kí hiệu tụ điện trong sơ đồ mạch điện
- Mật độ điện tích tự do trong điện môi là rất nhỏ do đó điện môi là những chất không dẫn điện.
- Khi điện trường ngoài đặt vào điện môi lớn hơn một giới hạn nhất định thì các liên kết giữa các điện tích trái dấu trong nguyên tử của chất điện môi sẽ bị phá vỡ, điện tích tự do xuất hiện, lúc này điện môi trở thành vật dẫn điện (điện môi bị đánh thủng).
- Tụ điện có thể tích và phóng điện.
Hình 21.3. Tích điện cho tụ điện
- Cấu tạo của một số loại tụ điện
Hình 21.4. Cấu tạo của tụ điện phẳng
Hình 21.5. Cấu tạo của tụ điện hình trụ
1.2. Điện dung của tụ điện
1.2.1. Điện dung
Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế U vào hai bản tụ điện. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ điện và hiệu điện thế U đặt vào hai bản tụ điện.
\(C = \frac{Q}{U}\)
Trong đó:
- Q được tính bằng đơn vị culong (C)
- U được tính bằng đơn vị vôn (V)
- C được tính bằng đơn vị fara (F).
Một đơn vị điện dung thường dùng:
+ 1 microfara (kí hiệu là μF) = 10-6 F.
+ 1 nanofara (kí hiệu là nF) = 10-9 F.
+ 1 picofara (kí hiệu là pF) = 10-12 F.
1.2.2. Điện dung của bộ tụ điện
Hình 21.6. Bộ tụ điện ghép nối tiếp
U = U1 + U2 + ... + Un
Q = Q1 = Q2 = ... = Qn
\(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + ... + \frac{1}{{{C_n}}}\)
Hình 21.7. Bộ tụ điện ghép song song
U = U1 = U2 = ... = Un
Q = Q1 + Q2 + ... + Qn
C = C1 + C2 + ... + Cn
1.3. Năng lượng của tụ điện
Năng lượng của tụ điện khi được tích điện với điện tích Q:
\(W = \frac{{QU}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}} = \frac{{C{U^2}}}{2}\)
Trong đó:
- Q có đơn vị là culong
- U có đơn vị là vôn
- C có đơn vị là fara
- W có đơn vị là jun
Năng lượng của tụ điện cũng chính là năng lượng điện trường trong tụ điện.
1.4. Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống
Tụ điện được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện như động cơ xe máy, máy hàn dùng công nghệ phóng điện của tụ, mạch khuếch đại,… Ngoài ra, tụ điện còn có một số chức năng khác nữa như lưu trữ điện tích, lọc dòng điện một chiều không cho đi qua mà chỉ cho dòng điện xoay chiều đi qua,…
Ví dụ:
Hình 21.8
Máy hàn bu – lông sử dụng bộ tụ điện
Hình 21.9
Mạch khuếch đại
|
- Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế U vào hai bản tụ. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ và hiệu điện thế U đặt vào hai bản tụ. \(C = \frac{Q}{U}\) - Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt hiệu điện thế 1 V vào hai bản tụ thì điện tích của tụ là 1 C - Công thức của bộ tụ điện ghép nối tiếp: U = U1 + U2 + ... + Un Q = Q1 = Q2 = ... = Qn \(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + ... + \frac{1}{{{C_n}}}\) Công thức của bộ tụ điện ghép song song: U = U1 = U2 = ... = Un Q = Q1 + Q2 + ... + Qn C = C1 + C2 + ... + Cn - Năng lượng tụ điện: \(W = \frac{{QU}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}} = \frac{{C{U^2}}}{2}\) - Tụ điện có ứng dụng quan trọng là tích trữ năng lượng và cung cấp năng lượng. |
Bài tập minh họa
Bài tập 1: Một tụ điện có điện dung 2μF. Khi đặt một hiệu điện thế 4V vào hai bản tụ thì tụ điện tích được điện lượng bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Ta có: Q = CU = 2.10-6.4 = 8.10-6 C
Bài tập 2: Hai đầu tụ có điện dung là 20 μF thì hiệu điện thế là 5V thì năng lượng tích được bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Năng lượng tích được là
\({\rm{W}} = \frac{{C{U^2}}}{2} = \frac{{{{20.10}^{ - 6}}.25}}{2} = 0,{25.10^{ - 3}}J\)
Luyện tập Bài 21 Vật lý 11 Kết nối tri thức
Học xong bài này các em cần biết:
- Điện dung của tụ điện là gì?
- Năng lượng của tụ điện.
- Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống.
3.1. Trắc nghiệm Bài 21 Vật lý 11 Kết nối tri thức
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Kết Nối Tri Thức Bài 21 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
-
- A. Hình dạng và kích thước hai bản tụ
- B. Khoảng cách giữa hai bản tụ
- C. Bản chất của hai bản tụ điện
- D. Điện môi giữa hai bản tụ điện
-
- A. V/m (vôn/mét)
- B. C.V (culông. vôn)
- C. V (vôn)
- D. F (fara)
-
- A. 5.103 pF
- B. 5.104 pF
- C. 5.10-8 F
- D. 5.10-10 F
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
3.2. Bài tập SGK Bài 21 Vật lý 11 Kết nối tri thức
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Kết Nối Tri Thức Bài 21 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Khởi động trang 83 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT
Giải Câu hỏi 1 trang 85 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT
Giải Câu hỏi 2 trang 85 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT
Giải Câu hỏi trang 88 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT
Hoạt động trang 88 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức – KNTT
Hỏi đáp Bài 11 Vật lý 21 Kết nối tri thức
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 11 HỌC247
