Bài 6: Tụ điện

1. Cấu tạo, tác dụng của tụ điện

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau, và ngăn cách nhau bởi một lớp cách điện.
Tác dụng: tụ điện dùng để chứa điện tích
Tụ điện phẳng: Gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách với nhau bởi một lớp cách điện (điện môi)
Tụ điện được phân loại theo tên gọi của chất điện môi: Tụ giấy, tụ gốm, tụ hóa,...
Trong mạch điện, tụ được kí hiệu:

2. Điện dung của tụ

Người ta chứng minh được rằng điện tích Q của tụ điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt vào tụ: \(Q=CU\)
Hay: \(C=\frac{Q}{U}\), C được gọi là điện dung của tụ, đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ.
Đơn vị:
- \(F\) (Fara), \(1F=\frac{1C}{1V}\)
- \(\mu F\), \(1\mu F=10^{-6}F\)
- \(nF\), \(1nF=10^{-9}F\)
- \(pF\), \(1pF=10^{-12}F\)
Điện dung của tụ phẳng:
- \(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\)
- Trong đó:
  - \(\varepsilon\) là hằng số điện môi
  - \(S\) là phần diện tích đối diện giữa hai bản tụ, đơn vị \(m^2\)
  - \(d\) là khoảng cách giữa hai bản tụ, đơn vị \(m\)
  - \(k=9.10^9\frac{Nm^2}{C^2}\) là hằng số tĩnh điện.

3. Năng lượng của tụ

Khi một tụ điện đặt vào hiệu điện thế U thì nó mang một năng lượng, gọi là năng lượng điện trường: \(W=\frac{1}{2}CU^2\)
Với \(U=\frac{Q}{C}\), ta suy ra một công thức tương đương: \(W=\frac{1}{2}\frac{Q^2}{C}\)

4. Ghép tụ

Ghép nối tiếp
- Do tính chất mạch nối tiếp nên: \(U=U_1+U_2+U_3\)
- Điện tích mỗi tụ: \(Q_1=Q_2=Q_3=Q_b\)
- Khi đó, ta sẽ tìm được điện dung của bộ tụ: \(\frac{1}{C_b}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}\)
Ghép song song
- Do tính chất mạch song song nên: \(U_1=U_2=U_3=U_b\)
- Điện tích của bộ tụ: \(Q_b=Q_1+Q_2+Q_3\)
- Khi đó, ta sẽ tìm được điện dung của bộ tụ: \(C_b=C_1+C_2+C_3\)

Bài tập