BÀI 14: TỤ ĐIỆN

I. ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

*Trả lời Thảo luận 1 (SGK – tr87)

Một số vật liệu có tính cách điện: thủy tinh, nhựa, cao su, sứ,…

*Kết luận

- Những vật được cấu tạo từ các chất chứa ít hoặc không có hạt mang điện tự do, không cho điện tích chạy qua được gọi là điện môi. Khi tích điện cho khối điện môi, điện tích dư sẽ nằm ngay tại vị trí được đưa vào.

- Khi điện môi được đặt vào vùng không gian có điện trường, mỗi nguyên tử của điện môi bị phân cực và làm cho cả khối điện môi bị phân cực với hai mặt tích điện trái dấu nhau.

- Mỗi chất điện môi được đặc trưng bởi hằng số điện môi, kí hiệu là .

II. TỤ ĐIỆN 

1. Khái niệm tụ điện

- Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Mỗi vật dẫn được gọi là một bản của tụ điện.

- Tụ điện được phân loại theo:

+ Hình dạng: tụ điện phẳng, tụ điện trụ và tị điện cầu.

+ Môi trường điện môi bên trong tụ điện: tụ không khí, tụ giấy, tụ mica,…

- Khi nối hai bản của tụ điện vào hai cực của nguồn điện, hai bản này sẽ tích điện bằng nhau về độ lớn nhưng trái dấu. Đây là quá trình nạp điện cho tụ điện.

- Khi nối hai bản của tụ điện đã được nạp điện với một điện trở, một dòng điện sẽ xuất hiện và chạy qua điện trở làm điện tích của tụ điện giảm dần. Đây là quá trình phóng điện của tụ điện.

*Trả lời Thảo luận 2 (SGK – tr88)

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện, do đó tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua.

2. Điện dung của tụ điện

- Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện, kí hiệu là C và được xác định bởi công thức:

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

- Trong hệ SI, điện dung có đơn vị là fara (F).

- Thông thường, các tụ điện có điện dung rất nhỏ, cỡ từ 10$^{-12}$ F đến 10$^{-6}$ F. Vì vậy, ta thường dùng các ước của fara:

1 μF = 10$^{-6}$ F

1 nF = 10$^{-9}$ F

1 pF = 10$^{-12}$ F

*Trả lời Luyện tập (SGK – tr90)

- Hiệu điện thế U giữa hai bản tụ không thay đổi vì hiệu điện thế đó bằng hiệu điện thế của nguồn điện một chiều mà tụ mắc vào. Điện tích Q = CU thay đổi vì điện dung C thay đổi mà U lại không thay đổi.

b) Vì tụ đã tháo khỏi nguồn nên điện tích Q của tụ không đổi. Bên cạnh đó, vì C thay đổi nên hiệu điện thế giữa hai bản tụ là U=$\frac{Q}{U}$ cũng thay đổi.

+ Phiếu học tập số 1.

+ Phiếu học tập số 2

III. GHÉP TỤ ĐIỆN

- Trong kĩ thuật, để tạo ra tụ điện với điện dung thích hợp, người ta thường ghép các tụ điện thành bộ tụ điện. Có hai cách ghép cơ bản: ghép nối tiếp và ghép song song.

1. Bộ tụ điện ghép nối tiếp

- Trong trường hợp ghép nối tiếp tụ điện, bản tích điện dương của tụ điện này được nối với bản tích điện âm của tụ điện sát bên.

- Gọi U là hiệu điện thế đặt vào hai đầu của bộ tụ điện; U$_{1}$, U$_{2}$,…,U$_{n}$ lần lượt là hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện C$_{1}$, C$_{2}$,…,C$_{n}$. ta có:

U = U$_{1}$ + U$_{2}$+…+U$_{n}$

- Nếu các tụ điện lúc đầu chưa được tích điện, thì điện tích các bản tụ điện mắc nối tiếp sau khi được nối với nguồn sẽ bằng nhau và bằng điện tích của cả bộ tụ điện: Q = Q$_{1}$ = Q$_{2}$ =…= Q$_{n}$.

- Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp được xác định:

$\frac{1}{C_{b}}$=$\frac{1}{C_{1}}$+$\frac{1}{C_{2}}$+...+$\frac{1}{C_{n}}$

2. Bộ tụ điện ghép song song

- Trong trường hợp ghép tụ điện song song, các tụ điện được mắc vào cùng một hiệu điện thế U. Gọi $_{1}$, U$_{2}$,…,U$_{n}$ lần lượt là hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện C$_{2}$,…,C$_{n}$. Ta có:

U = U$_{1}$ = U$_{2}$=…=U$_{n}$

- Gọi Q là điện tích của bộ tụ điện;Q$_{1}$,Q$_{2}$,…,Q$_{n}$ lần lượt là độ lớn điện tích các tụ điện C$_{1}$, C$_{2}$,…,C$_{n}$. Do một bản của mỗi tụ điện cùng được ghép vào cực dương của nguồn nên:

Q = Q$_{1}$ + Q$_{2}$ +…+ Q$_{n}$

- Điện dung của bộ tụ điện ghép song song được xác định:

C$_{b}$ = C$_{1}$ + C$_{2}$+…+C$_{n}$

*Trả lời Thảo luận 3 (SGK – tr91)

- Hai tụ điện có điện dung C$_{1}$ = C$_{2}$= C.

- Điện dung của bộ hai tụ mắc nối tiếp: C$_{b1}$=$\frac{C_{1}C_{2}}{C_{1}+C_{2}}$=$\frac{C}{2}$

- Điện dung của bộ hai tụ mắc song song: C$_{b1}$ = C$_{1}$ + C$_{2}$= 2C.

=> Vậy điện dung bộ hai tụ mắc song song lớn hơn điện dung của mỗi tụ điện thành phần, điện dung bộ hai tụ mắc nối tiếp nhỏ hơn điện dung của mỗi tụ điện thành phần.

*Luyện tập (SGK – tr91)

- Điện dung của bộ tụ ghép nối tiếp:

C$_{b}$=$\frac{C_{1}C_{2}}{C_{1}+C_{2}}$=$\frac{2.10^{-6}.4.10^{-6}}{2.10^{-6}+4.10^{-6}}$=$\frac{4}{3}$μF

- Vì các tụ điện lúc đầu chưa được tích điện nên điện tích các bản tụ điện mắc nối tiếp sau khi nối với nguồn sẽ bằng nhau và bằng điện tích của cả bộ tụ điện:

Q$_{1}$ = Q$_{2}$=Q$_{b}$=U$_{AB}$.C$_{b}$=6.$\frac{4}{3}$.10$^{-6}$=8.10$^{-6}$C

- Hiệu điện thế giữa hai bản tụ C$_{1}$: U$_{1}$=$\frac{Q_{1}}{C_{1}}$=$\frac{8.10^{-6}}{2.10^{-6}}$=4V

- Hiệu điện thế giữa hai bản tụ C$_{2}$: U$_{2}$=$\frac{Q_{2}}{C_{2}}$=$\frac{8.10^{-6}}{4.10^{-6}}$=2V

*Trả lời Vận dụng (SGK – tr92)

a) Điện dung của tụ: C = 4700 μF.

b) Ý nghĩa các thông số: 50 V là hiệu điện thế giới hạn của tụ. Đây là hiệu điện thế tối đa mà tụ có thể chịu được. Nếu vượt quá giá trị này, tụ điện sẽ bị hỏng.