Điện dung của tụ điện phẳng là gì? Công thức và Các dạng bài tập

Các dạng bài tập về điện dung của tụ điện phẳng là một dạng bài tập quan trọng trong chương trình vật lý 11. Vậy định nghĩa điện dung của tụ điện phẳng là gì? Công thức tính điện dung của tụ điện? Cách giải một số dạng bài tập về phần kiến thức điện dung của tụ điện ra sao?… Hãy cùng DINHNGHIA.VN tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây nhé!.

Khái niệm tụ điện phẳng là gì?

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn, các vật này được đặt gần nhau và ngăn cách bằng một lớp cách điện. Chức năng chính của tụ điện phẳng là dùng để chứa điện tích.

Về cấu tạo, tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại phẳng được đặt song song với nhau. Hai bản kim loại này ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi. Để tích điện cho tụ điện,

Để tích điện cho tụ điện phẳng, người ta thường nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện. Trong đó, bản nối cực dương sẽ được tích điện dương và bản nối cực âm sẽ tích điện âm.

Tìm hiểu điện dung là gì?

Điện dung của tụ điện được định nghĩa khi ta đặt vào hai bản cực dẫn điện của tụ điện một điện áp thì những bản cực này sẽ tích các điện tích trái dấu. Trong khoảng không gian này sẽ làm tích lũy ra một điện trường và điện trường này phụ thuộc vào một hệ số C.

Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng

Điện tích Q một tụ điện phẳng tích được sẽ tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt giữa hai bản của tụ điện phẳng đó.

Công thức điện dung của tụ điện phẳng như sau:

Q = CU hay 𝐶=𝑄/𝑈

Trong đó, C là điện dung của tụ điện phẳng nói riêng và tụ điện nói chung. Đại lượng này đặc trưng cho khả năng tích điện của một tụ điện phẳng ở một hiệu điện thế nhất định. Tức là, dưới một hiệu điện thế U nhất định, tụ điện phẳng có điện dung C sẽ tích được điện tích Q.

Từ đó có thể kết luận, Điện dung của tụ điện phẳng được xác định bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ điện và hiệu điện thế U giữa hai bản của tụ điện đó.

Điện dung của một tụ điện phẳng có đơn vị riêng là fara và được ký hiệu là F. Thông thường, các tụ điện có điện dung từ 10−12𝐹 đến 10−6𝐹. Các quy đổi đơn vị này như sau:

  • 1 micrôfara (𝜇𝐹)= 10−6𝐹.
  • 1 nanôfara (nF) = 1.10−9𝐹
  • 1 picôfara (pF) = 1.10−12𝐹

Ngoài công thức trên, người ta còn có thể tính điện dung của tụ điện phẳng bằng công thức:

C = \frac{\varepsilon S}{4Kd\Pi }

Trong đó:

  • C: là điện dung tụ điện phẳng, có đơn vị là Fara (F)
  • 𝜀: Là hằng số điện môi lớp cách điện.
  • d: là chiều dày của lớp cách điện trong tụ điện.
  • S: là diện tích bản cực của tụ điện phẳng.
  • k là hằng số có giá trị bằng 9.109
Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng
Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng

Những cách ghép tụ điện thường gặp

Những cách ghép tụ điện thường gặp
Những cách ghép tụ điện thường gặp

Bài tập về điện dung của tụ điện phẳng

Dạng bài tập chủ yếu nhất của phần kiến thức này là tính điện dung, điện tích và hiệu điện thế của tụ điện phẳng.

Để làm dạng bài tập này, ta sử dụng các công thức sau:

C = \frac{Q}{U}=\frac{\varepsilon S}{4Kd\Pi }

Tuy nhiên, ta cần lưu ý, khi nối tụ vào nguồn: U = hằng số, ngược lại khi ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số nhé.

Bài 1:

Cho tụ điện phẳng bản tròn có bán kính bằng 4cm, hai bản cách nhau một khoảng d = 4cm. Nối tụ với một hiệu điện thế có U = 100V. Tìm điện dung và điện tích của tụ điện phẳng?

Cách giải: 

Với ví dụ này, ta chỉ cần sử dụng công thức: C = \frac{\varepsilon S}{4Kd\Pi }

Trong đó; S là diện tích bản hình tròn nên 𝑆=Π𝑟2=Π.25.10−2

Vậy thay số ta được 𝐶=0,17×10−9𝐹=0,17𝑛𝐹

Bài 2:

Một tụ phẳng đặt trong không khí có các bản hình tròn đường kính 12cm, khoảng cách giữa 2 bản của tụ là 1cm. Tụ điện được nối với hiệu điện thế 300V

  • Tính điện tích q của tụ điện phẳng này.
  • Ngắt điện khỏi nguồn, nhúng tụ điện vào chất điện môi có hằng số điện môi là 2. Tính điện dung của tụ.

Cách giải: 

Áp dụng công thức như ví dụ 1, ta có 𝐶=10−11𝐹=0,01𝑛𝐹

Khi ngắt nguồn:

Lúc này, tụ điện vẫn ở trạng thái cô lập nhưng môi trường thay đổi nên hàng số điện môi cũng đã thay đổi, suy ra: 𝐶1=𝜀𝐶=2.0,01=0,02𝑛𝐹

Bài tập về điện dung của tụ điện phẳng
Bài tập về điện dung của tụ điện phẳng

Bài 3:

Một tụ phẳng đặt trong không khí có điện dung C = 600 pF. Hiệu điện thế U giữa hai bản tụ là 600V. Hãy tính điện tích của tụ điện phẳng này khi:

Ngắt tụ ra khỏi nguồn, đưa hai bản tụ ra xa để tăng khoảng cách của chúng lên gắp đôi. Tính điện dung 𝐶1

Cách giải:

Khi ngắt nguồn ta có hệ thức 𝐶1𝐶=𝑑𝑑‘ suy ra: 𝐶1=𝐶𝑑𝑑‘=300𝑝𝐹

Với dạng bài này, đề có thể yêu cầu tính thêm hiệu điện thế U và năng lượng Q. Để giải các yêu cầu này, chúng ta cần áp dụng công thức: 𝐶=𝑄𝑈 để tính U và Q nhé.

Vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về tụ điện phẳng cũng như công thức tính điện dung của tụ điện phẳng rồi. Đây là một dạng bài tập trọng tâm trong chương trình vật lý 11. Vì thế, nếu có bất cứ thắc mắc nào về điện dung của tụ điện phẳng, hãy để lại nhận xét dưới đây để cùng DINHNGHIA.VN trao đổi và tìm hiểu nhé.

Leave a Reply

Your email address will not be published.