Bài 21. Tụ điện

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi).

Cấu tạo:

• Hai bản tụ là hai vật dẫn đặt song song
• Giữa hai bản là lớp điện môi

Công dụng: Tích trữ điện tích và năng lượng điện trường.

Ký hiệu:

Điện tích của tụ điện: Là độ lớn điện tích trên một bản tụ (hai bản tích điện trái dấu, cùng độ lớn).

Định nghĩa: Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện.

Công thức:

$$C = \frac{Q}{U}$$

Trong đó:

• C: điện dung (F)
• Q: điện tích trên tụ (C)
• U: hiệu điện thế giữa hai bản (V)

Đơn vị:

• 1 Fara (F) = 1 C/1 V
• 1 μF = 10⁻⁶ F
• 1 nF = 10⁻⁹ F
• 1 pF = 10⁻¹² F

Điện dung của tụ điện phẳng:

$$C = \frac{\varepsilon S}{d}$$

Trong đó:

• ε: hằng số điện môi
• S: diện tích mỗi bản (m²)
• d: khoảng cách giữa hai bản (m)

a) Ghép nối tiếp:

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

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

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

Đặc điểm: Điện dung tương đương giảm, điện tích các tụ bằng nhau.

b) Ghép song song:

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

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

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

Đặc điểm: Điện dung tương đương tăng, hiệu điện thế các tụ bằng nhau.

Công thức:

$$W = \frac{QU}{2} = \frac{Q^2}{2C} = \frac{CU^2}{2}$$

Trong đó:

• W: năng lượng (J)
• Q: điện tích (C)
• U: hiệu điện thế (V)
• C: điện dung (F)

Ý nghĩa: Năng lượng tích trữ trong tụ điện là năng lượng của điện trường giữa hai bản tụ.

Một số ứng dụng:

• Động cơ xe máy
• Máy hàn dùng công nghệ phóng điện của tụ
• Mạch khuếch đại
• Lưu trữ điện tích trong các thiết bị điện tử
• Lọc dòng điện (cho dòng xoay chiều đi qua, chặn dòng một chiều)

Hiện tượng đánh thủng tụ điện: Khi hiệu điện thế đặt vào tụ quá lớn, điện môi mất tính cách điện và trở thành dẫn điện.