Lý thuyết Tụ điện (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 21: Tụ điện

A. Lý thuyết Tụ điện

I. 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.

– 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.

– Cấu tạo của một số loại tụ điện

II. Điện dung của tụ điện

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 $\mu F$) = 10^-6 F.

+ 1 nanofara (kí hiệu là nF) = 10^-9 F.

+ 1 picofara (kí hiệu là pF) = 10^-12 F.

2. Điện dung của bộ tụ điện

$U=U_1+U_2+...+U_n$

$Q=Q_1=Q_2=...=Q_n$

$\frac{1}{C}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+...+\frac{1}{C_n}$

$U=U_1=U_2=...=U_n$

$Q=Q_1+Q_2+...+Q_n$

$C=C_1+C_2+...+C_n$

III. 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.

IV. 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:

Máy hàn bu – lông sử dụng bộ tụ điện

Mạch khuếch đại

B. Trắc nghiệm Tụ điện

Câu 1. Điện dung của tụ điện được xác định bằng biểu thức:

A. C = QU.

B. $C=\frac{Q}{U}$.

C. $C=\frac{U}{Q}$.

D. C = $\frac{2Q}{U}$.

Hướng dẫn giải

Điện dung của tụ điện được xác định bằng biểu thức: $C=\frac{Q}{U}$

Đáp án đúng là B.

Câu 2. Một tụ có điện dung 2 μF. Khi đặt một hiệu điện thế 5 V vào 2 bản của tụ điện thì tụ tích được một điện lượng là

A. 2.10^-6 C.          

B. 2.10^-5 C.          

C. 10^-6 C.             

D. 10^-5 C.

Hướng dẫn giải

Q = CU = 2.10^-6.5 = 10^-5 C

Đáp án đúng là D.

Câu 3. Đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 5 V thì tụ tích được một điện lượng 10^-5 C. Điện dung của tụ là

A. 2 μF.                

B. 2 mF.               

C. 2 F.                           

D. 2 nF.

Hướng dẫn giải

$C=\frac{Q}{U}=\frac{{10}^{-5}}{5}$= 2.10^-6 F = 2 μF.

Đáp án đúng là A.

Câu 4. Bộ tụ điện gồm ba tụ điện: C₁ = 10 (μF), C₂ = 15 (μF), C₃ = 20 (μF) mắc song song với nhau. Điện dung của bộ tụ điện là:

A. 5 (μF).

B. 45 (μF).

C. 0,21 (μF).

D. 20 (μF).

Hướng dẫn giải

C_b =  C₁ + C₂ + C₃ = 45 μF

Đáp án đúng là B.

Câu 5. Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 5 V thì tụ tích được một điện lượng 2 μC. Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10 V thì tụ tích được một điện lượng

A. 40 μC.             

B. 1 μC.               

C. 4 μC.               

D. 0,1 μC.

Hướng dẫn giải

Từ biểu thức $U=\frac{Q}{C}$

Ta có $\frac{U_1}{U_2}=\frac{Q_1}{Q_2}\Rightarrow Q_2=\frac{U_2{Q}_1}{U_1}=\frac{{\mathrm{10.2.10}}^{-6}}{5}$ = 4.10^-6 C = 4 μC.

Đáp án đúng là C.

Câu 6. Fara là điện dung của một tụ điện mà

A. giữa hai bản tụ có hiệu điện thế 1V thì nó tích được điện tích 1 C.

B. giữa hai bản tụ có một hiệu điện thế không đổi thì nó được tích điện 1 C.

C. giữa hai bản tụ có điện môi với hằng số điện môi bằng 1.

D. khoảng cách giữa hai bản tụ là 1 mm.

Hướng dẫn giải

Fara là điện dung của một tụ điện mà giữa hai bản tụ có hiệu điện thế 1V thì nó tích được điện tích 1 C.

Đáp án đúng là A

Câu 7. Cặp số liệu ghi trên vỏ tụ điện cho biết điều gì?

A. Giá trị nhỏ nhất của điện dung và hiệu điện thế đặt vào hai cực của tụ.

B. Phân biệt được tên của các loại tụ điện.

C. Điện dung của tụ và giới hạn của hiệu điện thế đặt vào hai cực của tụ.

D. Năng lượng của điện trường trong tụ điện.

Hướng dẫn giải

Cặp số liệu ghi trên vỏ tụ điện cho biết điện dung của tụ và giới hạn của hiệu điện thế đặt vào hai cực của tụ.

Đáp án đúng là C.

Câu 8. Tụ điện là

A. hệ thống hai vật dẫn đặt cách nhau một khoảng đủ xa.

B. hệ thống gồm hai vật đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.

C. hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.

D. hệ thống gồm hai vật dẫn đặt tiếp xúc với nhau và được bao bọc bằng điện môi.

Hướng dẫn giải

Tụ điện là hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.

Đáp án đúng là C.

Câu 9. Trường hợp nào sau đây ta không có một tụ điện?

A. Giữa hai bản kim loại là sứ.

B. Giữa hai bản kim loại là không khí.

C. Giữa hai bản kim loại là nước tinh khiết.

D. Giữa hai bản kim loại là dung dịch NaOH.

Hướng dẫn giải

NaOH là chất dẫn điện, mà tụ điện là hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.

Đáp án đúng là D.

Câu 10. Nếu hiệu điện thế giữa hai bản tụ tăng 4 lần thì điện dung của tụ

A. tăng 2 lần.                

B. giảm 2 lần.                

C. tăng 4 lần.                 

D. không đổi.

Hướng dẫn giải

Điện dung của tụ điện không phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai bản tụ nên nếu hiệu điện thế giữa hai bản tụ tăng 2 lần thì điện dung của tụ không đổi.

Đáp án đúng là D

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 20: Điện thế

Lý thuyết Bài 21: Tụ điện

Lý thuyết Bài 22: Cường độ dòng điện

Lý thuyết Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm

Lý thuyết Bài 24: Nguồn điện