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 kiến ​​thức điện dung của tụ điện?… Hãy Tip.edu.vn Cùng tìm hiểu thông tin chi tiết qua bài viết dưới đây !.

Khái niệm về tụ điện phẳng là gì?

Tụ điện là một hệ thống gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Chức năng chính của tụ điện phẳng được sử dụng để lưu trữ điện tích.

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

Để tích điện cho tụ điện phẳng, người ta mắc nối tiếp hai bản tụ điện với hai đầu của nguồn điện. Trong đó, tiếp giáp dương sẽ tích điện dương và tiếp giáp âm sẽ tích điện âm.

Tìm hiểu điện dung là gì?

Điện dung của tụ điện được định nghĩa rằng khi ta đặt một hiệu điện thế vào hai bản dẫn điện của một tụ điện thì các bản tụ điện này sẽ mang điện tích trái dấu. Trong không gian này sẽ tích tụ 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 do tụ điện phẳng tích lũy được sẽ tỷ lệ với hiệu điện thế U đặt vào giữa các bản của tụ điện phẳng.

Công thức điện dung của tụ điện phẳng như sau:

Q = CU hoặc (C = frac {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 chứa điện tích của một tụ điện phẳng ở một hiệu điện thế cho trước. Tức là dưới một hiệu điện thế U nhất định, một tụ điện phẳng có điện dung C sẽ có điện tích Q.

Từ đó có thể kết luận rằng 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 tụ điện đó.

Điện dung của tụ điện phẳng có đơn vị riêng là fara và được ký hiệu là F. Thông thường, tụ điện có điện dung từ (10 ​​^ {- 12} F ) đến (10 ​​^ {- 6} F ). Các chuyển đổi đơn vị này như sau:

• 1 microfara ( left ( mu F right) ) = (10 ​​^ {- 6} F ).
• 1 nanofara (nF) = (1.10 ^ {- 9} F )
• 1 picofara (pF) = (1.10 ^ {- 12} F )

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

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

Bên trong:

• C: là điện dung của tụ điện phẳng, đơn vị là Fara (F)
• ( varepsilon ): Là hằng số điện môi cách điện.
• d: là bề dày của lớp cách điện trong tụ điện.
• S: là diện tích bản của tụ điện phẳng.
• k là hằng số có giá trị là 9,109

Các cách ghép nối tụ điện phổ biến

Bài tập về điện dung của tụ điện phẳng

Dạng bài tập quan trọng nhất trong kiến ​​thức này là tính điện dung, điện tích và hiệu điện thế của một tụ điện phẳng.

Để làm bài tập này, chúng tôi sử dụng các công thức sau:

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

Tuy nhiên, chúng ta cần lưu ý, khi nối tụ với nguồn: U = không đổi, ngược lại khi ngắt tụ ra khỏi nguồn: Q = không đổi.

Bài 1:

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

Dung dịch:

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

Bên trong; S là diện tích của hình tròn, do đó (S = Pi r ^ {2} = Pi .25.10 ^ {- 2} )

Vì vậy, thay số ta được (C = 0,17 nhân lần 10 ^ {- 9} F = 0,17nF )

Bài 2:

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

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

Dung dịch:

Áp dụng công thức như trong Ví dụ 1, chúng ta có (C = 10 ^ {- 11} F = 0,01 nF )

Khi tắt nguồn:

Lúc này tụ điện vẫn ở trạng thái cách ly nhưng môi trường thay đổi nên số lượng các điện môi cũng thay đổi, suy ra: (C_ {1} = varepsilon C = 2.0,01 = 0,02 nF )

Bài 3:

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

Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn, dịch chuyển hai bản tụ ra xa để tăng khoảng cách chúng lên gấp đôi. Điện dung (C_ {1} )

Dung dịch:

Khi ngắt kết nối nguồn, chúng ta có quan hệ ( frac {C_ {1}} {C} = frac {d} {d ^ {‘}} ) được suy ra: (C_ {1} = frac {Cd } {d ^ {‘}} = 300pF )

Với dạng bài toán này, bài toán 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 = frac {Q} {U} ) để tính U và Q .

Như vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về tụ điện phẳng cũng như công thức và một số bài tập về điện dung của tụ điện phẳng. Đây là bài tập trọng tâm trong chương trình vật lý 11. Vì vậy, nếu có bất cứ thắc mắc nào về điện dung của tụ điện phẳng, các em hãy để lại bình luận bên dưới để cùng Tip.edu.vn thảo luận và tìm hiểu nhé. Vui lòng.

Xem video để biết chi tiết:

Xem thêm >>> Sự nhiễm điện do cọ xát là gì? Lý thuyết và cách giải một số bài tập