Chào mừng quý vị đến với website của ...
Quý vị chưa đăng nhập hoặc chưa đăng ký làm thành viên, vì vậy chưa thể tải được các tài liệu của Thư viện về máy tính của mình.
Nếu chưa đăng ký, hãy nhấn vào chữ ĐK thành viên ở phía bên trái, hoặc xem phim hướng dẫn tại đây
Nếu đã đăng ký rồi, quý vị có thể đăng nhập ở ngay phía bên trái.
Nếu chưa đăng ký, hãy nhấn vào chữ ĐK thành viên ở phía bên trái, hoặc xem phim hướng dẫn tại đây
Nếu đã đăng ký rồi, quý vị có thể đăng nhập ở ngay phía bên trái.
Chủ đề 3. Điện trường. Bài 3. Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện
(Tài liệu chưa được thẩm định)
Nguồn: Bạch Kim
Người gửi: Ngô Văn Chinh (trang riêng)
Ngày gửi: 14h:51' 20-06-2024
Dung lượng: 394.1 KB
Số lượt tải: 0
Nguồn: Bạch Kim
Người gửi: Ngô Văn Chinh (trang riêng)
Ngày gửi: 14h:51' 20-06-2024
Dung lượng: 394.1 KB
Số lượt tải: 0
Số lượt thích:
0 người
CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN TRƯỜNG. BÀI 3. ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ, TỤ ĐIỆN
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN TRƯỜNG. BÀI 3. ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ, TỤ ĐIỆN
Ảnh
KHỞI ĐỘNG
Học xong bài học này, bạn có thể
• Thảo luận qua quan sát hình ảnh (hoặc tài liệu đa phương tiện) nêu được điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó; thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét. • Vận dụng được mối liên hệ thế năng điện với điện thế, V = A/q; mối liên hệ cường độ điện trường với điện thế. • Định nghĩa được điện dung và đơn vị đo điện dung (fara). • Vận dụng được (không yêu cầu thiết lập) công thức điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp, ghép song song. • Thảo luận để xây dựng được biểu thức tính năng lượng tụ điện. • Lựa chọn và sử dụng thông tin để xây dựng được báo cáo tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống.
Khởi động
Khởi động: Để dịch chuyển một điện tích dương đến gần điện tích dương khác, cần phải đẩy nó để thắng lực đẩy giữa chúng, Hình 3.1. Trong trường hợp này, ta nói rằng cần phải thực hiện một công để di chuyển một điện tích lại gần một điện tích khác. Năng lượng của một điện tích di chuyển trong điện trường được xác định như thế nào?
Ảnh
I. THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG.
1. Công của lực điện trường
Giả sử ta di chuyển một điện tích dương q một đoạn d từ phía bản tích điện âm về phía bản tích điện dương trong điện trường đều có cường độ E giữa hai bản tích điện song song. Vì lực cùng phương với độ dịch chuyển nên công mà ta thực hiện bằng và ngược dấu với công mà lực điện tác dụng lên điện tích dương q và có độ lớn là : A = Fd = qEd (3.1)
2. Thế năng
Khi ta nâng một vật có khối lượng lên, ta đã thực hiện công để thắng lực hút của Trái Đất. Công này được chuyển thành thế năng hấp dẫn của vật đang xét. Tương tự như vậy, khi đưa một điện tích dương đến gần điện tích dương khác, công mà ta thực hiện đã chuyển thành thế năng điện của điện tích và làm tăng thế năng của nó trong điện trường. Đường biểu diễn thế năng theo khoảng cách trong trường hợp ở biểu thức (3.1) được cho trên Hình 3.2. Chú ý rằng thế năng tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường Khi đặt một điện tích trong điện trường, lực của điện trường sẽ làm điện tích đang xét dịch chuyển theo chiều giảm thế năng. Cũng như thế năng hấp dẫn, thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.
+ Định nghĩa
Người ta lấy thế năng của một diện tích trong điện trường là công mà điện trường sinh ra khi làm dịch chuyển điện tích từ điểm đang xét đến điểm mốc tính thế năng. Đối với một diện tích q dương ở điểm M trong điện trường đều thì từ (3.1) ta có: W = A = qEd (3.2) Với Wm là thế năng của điện tích tại điểm M và d là khoảng cách giữa điểm M và bản âm. Nếu điện tích q ở trong điện trường bất kì thì ta lấy thế năng bằng công của lực điện khi di chuyển điện tích q từ M ra xa vô cùng. Wm = Am vô cực.
Ảnh
+ Câu hỏi 1
Câu hỏi 1 trang 76 Vật Lí 11: Vì sao đường biểu diễn sự thay đổi thế năng điện trong điện trường đều ở Hình 3.2 là một đường thẳng?
+ Câu hỏi 2
Câu hỏi 2 trang 76 Vật Lí 11: Vì sao thế năng của điện tích tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường?
+ Câu hỏi 3
Câu hỏi 3 trang 77 Vật Lí 11: So sánh công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cùng và công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cùng về điểm đang xét.
II. ĐIỆN THÉ VÀ HIỆU ĐIỆN THÉ
1. Điện thế
Từ biểu thức 2.1, ta thấy độ lớn của lực điện tỉ lệ thuận với điện tích thử q. Vì vậy, thế năng của điện tích tại một điểm trong điện trường cũng tỉ lệ thuận với q. Tức là: Wm = Vm.q (3.4) Trong biểu thức 3.4, đại lượng V, không phụ thuộc điện tích q mà chỉ phụ thuộc điện trường tại vị trí đang xét. Đại lượng này đặc trưng cho điện trường về mặt thế năng của điện tích q trong điện trường và được gọi là điện thế tại điểm M. Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cực. Vm = Am vô cực / q Đơn vị đo điện thế là vôn, kí hiệu là V. (3.5)
2. Hiệu điện thế
Lấy hiệu giữa điện thế Vm và điện thế Vn ta được hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là:
Ảnh
+ Định nghĩa
Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong diện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi di chuyển điện tích từ M đến N, được xác định bằng công của lực điện làm dịch chuyển một đơn vị diện tích từ điểm M đến điểm N. Đơn vị hiệu điện thế cũng là vôn. Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm mà khi di chuyển điện tích q =1 C từ điểm này đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1 J.
3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế.
Xét hai điểm M và N trên đường sức của một điện trường đều. Từ các biểu thức (3.1) và (3.7), ta có: E = U / d (3.8) Với: d = MN với d=MN. Đây là biểu thức biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường đều. Biểu thức này cũng dùng được cho trường hợp điện trường không đều, nếu trong khoảng d rất nhỏ dọc theo đường sức điện, cường độ điện trường thay đổi không đáng kể.
+ Câu hỏi 4
Câu hỏi 4 trang 77 Vật Lí 11: Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì?
+ Luyện tập 1
Luyện tập 1 trang 78 Vật Lí 11: Cho hai bản cực song song, cách nhau 25 cm như hình 3.3. Hiệu điện thế giữa hai bản là 2 kV. a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là bao nhiêu? b) Cường độ điện trường tại C và tại D là bao nhiêu? c) Tìm lực điện tác dụng lên một điện tích +5 µC đặt tại C.
III. TU DIEN
1. Khái niệm về tụ điện
Tụ điện là một dụng cụ chứa điện tích và có nhiều tác dụng. Hình 3.4 là hình ảnh một số loại tụ điện. Một hệ hai vật dẫn ở gần nhau, ngăn cách với nhau bằng một lớp chất cách điện, được gọi là chất điện môi, tạo nên một tụ điện. Mỗi vật dẫn đó được gọi là một bản của tụ điện. Hình 3.5 biểu diễn đơn giản cấu tạo của một loại tụ điện.
Ảnh
Ảnh
+ Định nghĩa
Để tích điện cho tụ điện, nối hai bản tụ với hai cực của một nguồn điện. Khi tụ điện đã được tích điện, độ lớn của điện tích trên mỗi bản được gọi là điện tích của tụ điện. Trong sơ đồ mạch điện, tụ điện được kí hiệu như Hình 3.6.
Ảnh
2. Điện dung của tụ điện
Ở một số tụ điện, giá trị điện dung của nó được ghi ở vỏ. Với một hiệu điện thế nhất định giữa hai bản, tụ điện nào có điện dung lớn thì có diện tích lớn. Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định và được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản: C=Q/U (3.9) trong đó Q là độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện và U là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện. Đơn vị điện dung là fara, kí hiệu là F. Từ biểu thức (3.9), nếu cho Q = 1 C, U = 1 V thì điện dung C = 1 F. Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giữa hai bản của nó hiệu điện thế 1 V thì nó tích được điện tích 1 C.
+ Định nghĩa 1
Trong thực tế, fara là một đơn vị lớn. Rất ít tụ điện có điện dung 1 F. Thường dùng các ước của fara: micrôfara (uF), nanôfara (nF) hoặc picôfara (pF). Với: 1 μF = 10^-6 F, 1 nF = 10^-9 F, 1 pF = 10^-12 F. 3. Điện dung của bộ tụ điện ghép song song Hai tụ điện được ghép với nhau như Hình 3.7 được gọi là hai tụ điện ghép song song. Trong cách ghép này, các tụ điện trong bộ đều có cùng hiệu điện thế giữa hai cực. U=U1 = U2 Lưu ý: Không được đặt vào giữa hai cực của tụ điện hiệu điện thế vượt giới hạn hiệu điện thế của mỗi tụ.
+ Định nghĩa 2
Ảnh
Gọi điện tích của các tụ điện lần lượt là Q1, Q2 và điện dung của bộ tụ là Q thì Q = Q1 + Q2 Điện dung tương đương C của bộ tụ là tổng các điện dung C1 và C2 thì C = C1 + C2 Sở dĩ như vậy là do khi hai tụ điện được ghép song song với nhau, chúng tương đương với một tụ điện có bản cực lớn hơn. Các bản cực càng lớn, càng nhiều điện tích có thể được lưu trữ (với một điện áp nhất định), do đó, điện dung của tụ điện càng lớn. Đối với bộ gồm n tụ điện ghép song song, điện dung tương đương của bộ tụ là: C = C1 + C2 + … + Cn
3. Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp
Hai tụ điện được ghép với nhau như Hình 3.8 được gọi là hai tụ điện ghép nối tiếp.
Ảnh
Trong cách ghép này, bản thứ hai của tụ điện C1 được nối với bản thứ nhất của tụ điện C2. Nếu số tụ điện được ghép nhiều hơn hai thì bản thứ hai của tụ điện C, được nối với bản thứ nhất của tụ điện C... Bản thứ nhất của tụ điện C, được nối với một cực và bản thứ hai của tụ điện cuối cùng được nối với cực kia của nguồn điện. Gọi U là hiệu điện thế của bộ tụ điện ghép nối tiếp thì U = U1 + U2 Nếu trước khi ghép, các tụ điện chưa tích điện thì điện tích của bộ tụ điện là Q = Q1 = Q2
+ Định nghĩa
Điện dung tương đương C của bộ gồm hai tụ có điện dung lần lượt là C1 và C2 được xác định bằng: 1/C = 1/C1 + 1/C2 Điện dung tương của bộ gồm n tụ điện ghép nối tiếp được xác định bằng: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn
+ Ví dụ
Ảnh
4. Năng lượng của tụ điện
Để tích điện cho một tụ điện, nguồn điện thực hiện công đưa dần các điện tích đến các bản tụ điện. Tức là phải thực hiện công để đẩy các electron lên bản này và kéo chúng ra khỏi bản kia (Hình 3.9). Theo định luật bảo toàn năng lượng, công này bằng năng lượng của tụ điện. Vì vậy, để tính năng lượng của tụ điện, ta tính công cần thực hiện để đưa điện tích đến các bản.
Ảnh
+ Định nghĩa 2
Đầu tiên điện tích của tụ điện bằng không, hiệu điện thế của tụ điện cũng bằng không. Năng lượng của tụ điện lúc đó bằng không. Sau đó, điện tích của tụ điện tăng dần, hiệu điện thế cũng tăng và luôn luôn tỉ lệ với điện tích. Cuối cùng, điện tích của tụ điện bằng Q, hiệu điện thế của tụ điện bằng U. Đường biểu diễn liên hệ giữa U và Q là một đường thẳng (Hình 3.10). Chúng ta có thể sử dụng Hình 3.10 để tính công được thực hiện trong quá trình tích điện cho tụ điện. Diện tích tam giác tô màu trên hình có giá trị bằng công được thực hiện để tích điện cho tụ điện đến một hiệu điện thế U. A = 1/2QU Từ đây, ta có năng lượng tụ điện là W = 1/2QU (3.10) Kết hợp với (3.9), ta được: W = CU^2/2 = Q^2/2C (3.11)
+ Hình 3.10
Ảnh
Trong biểu thức (3.10) và (3.11), Q được đo bằng cu lông (C), U được đo bằng vôn (V), C được đo bằng fara (F) và W được đo bằng Jun (J). Khi tụ điện tích điện, trong tụ điện có điện trường. Năng lượng của tụ điện chính là năng lượng của điện trường trong tụ điện. Với một hiệu điện thế xác định, tụ điện nào có điện dung lớn thì tích trữ nhiều năng lượng hơn.
5. Tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống.
Ở môn Khoa học tự nhiên, bạn đã làm các báo cáo kết quả tìm hiểu tự nhiên. Các nội dung chính của một báo cáo bao gồm: tên báo cáo; tên người thực hiện; mục đích; dụng cụ và phương pháp; kết quả và thảo luận; kết luận. Hãy lựa chọn và sử dụng thông tin để xây dựng báo cáo tìm hiểu ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống như gợi ý dưới đây.
+ Bảng điền
Ảnh
+ Câu hỏi 5
Câu hỏi 5 trang 81 Vật Lí 11: Vì sao tụ điện có năng lượng?
+ Luyện tập 2
Luyện tập 2 trang 82 Vật Lí 11: Một tụ điện có điện dung 2 000 µFđược tích điện đến hiệu điện thế 10 V. Tính năng lượng của tụ điện.
+ Vận dụng
Vận dụng trang 82 Vật Lí 11: Cho các dụng cụ sau: Một tụ điện có điện dung 100 µF và hiệu điện thế định mức khoảng 12 V; 4 pin 1,5 V; Một LED; Một điện trở 50Ω; công tắc, dây dẫn điện. Nêu phương án dùng các dụng cụ này chứng minh tụ điện có lưu trữ năng lượng.
DẶN DÒ
DẶN DÒ
DẶN DÒ
+ Ôn lại các kiến thức vừa học. + Làm thêm bài tập trong sách bài tập. + Chuẩn bị trước bài sau.
CẢM ƠN
CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ CHĂM CHÚ NGHE BÀI GIẢNG.
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN TRƯỜNG. BÀI 3. ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ, TỤ ĐIỆN
Ảnh
KHỞI ĐỘNG
Học xong bài học này, bạn có thể
• Thảo luận qua quan sát hình ảnh (hoặc tài liệu đa phương tiện) nêu được điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó; thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét. • Vận dụng được mối liên hệ thế năng điện với điện thế, V = A/q; mối liên hệ cường độ điện trường với điện thế. • Định nghĩa được điện dung và đơn vị đo điện dung (fara). • Vận dụng được (không yêu cầu thiết lập) công thức điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp, ghép song song. • Thảo luận để xây dựng được biểu thức tính năng lượng tụ điện. • Lựa chọn và sử dụng thông tin để xây dựng được báo cáo tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống.
Khởi động
Khởi động: Để dịch chuyển một điện tích dương đến gần điện tích dương khác, cần phải đẩy nó để thắng lực đẩy giữa chúng, Hình 3.1. Trong trường hợp này, ta nói rằng cần phải thực hiện một công để di chuyển một điện tích lại gần một điện tích khác. Năng lượng của một điện tích di chuyển trong điện trường được xác định như thế nào?
Ảnh
I. THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG.
1. Công của lực điện trường
Giả sử ta di chuyển một điện tích dương q một đoạn d từ phía bản tích điện âm về phía bản tích điện dương trong điện trường đều có cường độ E giữa hai bản tích điện song song. Vì lực cùng phương với độ dịch chuyển nên công mà ta thực hiện bằng và ngược dấu với công mà lực điện tác dụng lên điện tích dương q và có độ lớn là : A = Fd = qEd (3.1)
2. Thế năng
Khi ta nâng một vật có khối lượng lên, ta đã thực hiện công để thắng lực hút của Trái Đất. Công này được chuyển thành thế năng hấp dẫn của vật đang xét. Tương tự như vậy, khi đưa một điện tích dương đến gần điện tích dương khác, công mà ta thực hiện đã chuyển thành thế năng điện của điện tích và làm tăng thế năng của nó trong điện trường. Đường biểu diễn thế năng theo khoảng cách trong trường hợp ở biểu thức (3.1) được cho trên Hình 3.2. Chú ý rằng thế năng tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường Khi đặt một điện tích trong điện trường, lực của điện trường sẽ làm điện tích đang xét dịch chuyển theo chiều giảm thế năng. Cũng như thế năng hấp dẫn, thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.
+ Định nghĩa
Người ta lấy thế năng của một diện tích trong điện trường là công mà điện trường sinh ra khi làm dịch chuyển điện tích từ điểm đang xét đến điểm mốc tính thế năng. Đối với một diện tích q dương ở điểm M trong điện trường đều thì từ (3.1) ta có: W = A = qEd (3.2) Với Wm là thế năng của điện tích tại điểm M và d là khoảng cách giữa điểm M và bản âm. Nếu điện tích q ở trong điện trường bất kì thì ta lấy thế năng bằng công của lực điện khi di chuyển điện tích q từ M ra xa vô cùng. Wm = Am vô cực.
Ảnh
+ Câu hỏi 1
Câu hỏi 1 trang 76 Vật Lí 11: Vì sao đường biểu diễn sự thay đổi thế năng điện trong điện trường đều ở Hình 3.2 là một đường thẳng?
+ Câu hỏi 2
Câu hỏi 2 trang 76 Vật Lí 11: Vì sao thế năng của điện tích tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường?
+ Câu hỏi 3
Câu hỏi 3 trang 77 Vật Lí 11: So sánh công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cùng và công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cùng về điểm đang xét.
II. ĐIỆN THÉ VÀ HIỆU ĐIỆN THÉ
1. Điện thế
Từ biểu thức 2.1, ta thấy độ lớn của lực điện tỉ lệ thuận với điện tích thử q. Vì vậy, thế năng của điện tích tại một điểm trong điện trường cũng tỉ lệ thuận với q. Tức là: Wm = Vm.q (3.4) Trong biểu thức 3.4, đại lượng V, không phụ thuộc điện tích q mà chỉ phụ thuộc điện trường tại vị trí đang xét. Đại lượng này đặc trưng cho điện trường về mặt thế năng của điện tích q trong điện trường và được gọi là điện thế tại điểm M. Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cực. Vm = Am vô cực / q Đơn vị đo điện thế là vôn, kí hiệu là V. (3.5)
2. Hiệu điện thế
Lấy hiệu giữa điện thế Vm và điện thế Vn ta được hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là:
Ảnh
+ Định nghĩa
Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong diện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi di chuyển điện tích từ M đến N, được xác định bằng công của lực điện làm dịch chuyển một đơn vị diện tích từ điểm M đến điểm N. Đơn vị hiệu điện thế cũng là vôn. Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm mà khi di chuyển điện tích q =1 C từ điểm này đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1 J.
3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế.
Xét hai điểm M và N trên đường sức của một điện trường đều. Từ các biểu thức (3.1) và (3.7), ta có: E = U / d (3.8) Với: d = MN với d=MN. Đây là biểu thức biểu diễn mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường đều. Biểu thức này cũng dùng được cho trường hợp điện trường không đều, nếu trong khoảng d rất nhỏ dọc theo đường sức điện, cường độ điện trường thay đổi không đáng kể.
+ Câu hỏi 4
Câu hỏi 4 trang 77 Vật Lí 11: Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì?
+ Luyện tập 1
Luyện tập 1 trang 78 Vật Lí 11: Cho hai bản cực song song, cách nhau 25 cm như hình 3.3. Hiệu điện thế giữa hai bản là 2 kV. a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là bao nhiêu? b) Cường độ điện trường tại C và tại D là bao nhiêu? c) Tìm lực điện tác dụng lên một điện tích +5 µC đặt tại C.
III. TU DIEN
1. Khái niệm về tụ điện
Tụ điện là một dụng cụ chứa điện tích và có nhiều tác dụng. Hình 3.4 là hình ảnh một số loại tụ điện. Một hệ hai vật dẫn ở gần nhau, ngăn cách với nhau bằng một lớp chất cách điện, được gọi là chất điện môi, tạo nên một tụ điện. Mỗi vật dẫn đó được gọi là một bản của tụ điện. Hình 3.5 biểu diễn đơn giản cấu tạo của một loại tụ điện.
Ảnh
Ảnh
+ Định nghĩa
Để tích điện cho tụ điện, nối hai bản tụ với hai cực của một nguồn điện. Khi tụ điện đã được tích điện, độ lớn của điện tích trên mỗi bản được gọi là điện tích của tụ điện. Trong sơ đồ mạch điện, tụ điện được kí hiệu như Hình 3.6.
Ảnh
2. Điện dung của tụ điện
Ở một số tụ điện, giá trị điện dung của nó được ghi ở vỏ. Với một hiệu điện thế nhất định giữa hai bản, tụ điện nào có điện dung lớn thì có diện tích lớn. Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định và được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản: C=Q/U (3.9) trong đó Q là độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện và U là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện. Đơn vị điện dung là fara, kí hiệu là F. Từ biểu thức (3.9), nếu cho Q = 1 C, U = 1 V thì điện dung C = 1 F. Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giữa hai bản của nó hiệu điện thế 1 V thì nó tích được điện tích 1 C.
+ Định nghĩa 1
Trong thực tế, fara là một đơn vị lớn. Rất ít tụ điện có điện dung 1 F. Thường dùng các ước của fara: micrôfara (uF), nanôfara (nF) hoặc picôfara (pF). Với: 1 μF = 10^-6 F, 1 nF = 10^-9 F, 1 pF = 10^-12 F. 3. Điện dung của bộ tụ điện ghép song song Hai tụ điện được ghép với nhau như Hình 3.7 được gọi là hai tụ điện ghép song song. Trong cách ghép này, các tụ điện trong bộ đều có cùng hiệu điện thế giữa hai cực. U=U1 = U2 Lưu ý: Không được đặt vào giữa hai cực của tụ điện hiệu điện thế vượt giới hạn hiệu điện thế của mỗi tụ.
+ Định nghĩa 2
Ảnh
Gọi điện tích của các tụ điện lần lượt là Q1, Q2 và điện dung của bộ tụ là Q thì Q = Q1 + Q2 Điện dung tương đương C của bộ tụ là tổng các điện dung C1 và C2 thì C = C1 + C2 Sở dĩ như vậy là do khi hai tụ điện được ghép song song với nhau, chúng tương đương với một tụ điện có bản cực lớn hơn. Các bản cực càng lớn, càng nhiều điện tích có thể được lưu trữ (với một điện áp nhất định), do đó, điện dung của tụ điện càng lớn. Đối với bộ gồm n tụ điện ghép song song, điện dung tương đương của bộ tụ là: C = C1 + C2 + … + Cn
3. Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp
Hai tụ điện được ghép với nhau như Hình 3.8 được gọi là hai tụ điện ghép nối tiếp.
Ảnh
Trong cách ghép này, bản thứ hai của tụ điện C1 được nối với bản thứ nhất của tụ điện C2. Nếu số tụ điện được ghép nhiều hơn hai thì bản thứ hai của tụ điện C, được nối với bản thứ nhất của tụ điện C... Bản thứ nhất của tụ điện C, được nối với một cực và bản thứ hai của tụ điện cuối cùng được nối với cực kia của nguồn điện. Gọi U là hiệu điện thế của bộ tụ điện ghép nối tiếp thì U = U1 + U2 Nếu trước khi ghép, các tụ điện chưa tích điện thì điện tích của bộ tụ điện là Q = Q1 = Q2
+ Định nghĩa
Điện dung tương đương C của bộ gồm hai tụ có điện dung lần lượt là C1 và C2 được xác định bằng: 1/C = 1/C1 + 1/C2 Điện dung tương của bộ gồm n tụ điện ghép nối tiếp được xác định bằng: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn
+ Ví dụ
Ảnh
4. Năng lượng của tụ điện
Để tích điện cho một tụ điện, nguồn điện thực hiện công đưa dần các điện tích đến các bản tụ điện. Tức là phải thực hiện công để đẩy các electron lên bản này và kéo chúng ra khỏi bản kia (Hình 3.9). Theo định luật bảo toàn năng lượng, công này bằng năng lượng của tụ điện. Vì vậy, để tính năng lượng của tụ điện, ta tính công cần thực hiện để đưa điện tích đến các bản.
Ảnh
+ Định nghĩa 2
Đầu tiên điện tích của tụ điện bằng không, hiệu điện thế của tụ điện cũng bằng không. Năng lượng của tụ điện lúc đó bằng không. Sau đó, điện tích của tụ điện tăng dần, hiệu điện thế cũng tăng và luôn luôn tỉ lệ với điện tích. Cuối cùng, điện tích của tụ điện bằng Q, hiệu điện thế của tụ điện bằng U. Đường biểu diễn liên hệ giữa U và Q là một đường thẳng (Hình 3.10). Chúng ta có thể sử dụng Hình 3.10 để tính công được thực hiện trong quá trình tích điện cho tụ điện. Diện tích tam giác tô màu trên hình có giá trị bằng công được thực hiện để tích điện cho tụ điện đến một hiệu điện thế U. A = 1/2QU Từ đây, ta có năng lượng tụ điện là W = 1/2QU (3.10) Kết hợp với (3.9), ta được: W = CU^2/2 = Q^2/2C (3.11)
+ Hình 3.10
Ảnh
Trong biểu thức (3.10) và (3.11), Q được đo bằng cu lông (C), U được đo bằng vôn (V), C được đo bằng fara (F) và W được đo bằng Jun (J). Khi tụ điện tích điện, trong tụ điện có điện trường. Năng lượng của tụ điện chính là năng lượng của điện trường trong tụ điện. Với một hiệu điện thế xác định, tụ điện nào có điện dung lớn thì tích trữ nhiều năng lượng hơn.
5. Tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống.
Ở môn Khoa học tự nhiên, bạn đã làm các báo cáo kết quả tìm hiểu tự nhiên. Các nội dung chính của một báo cáo bao gồm: tên báo cáo; tên người thực hiện; mục đích; dụng cụ và phương pháp; kết quả và thảo luận; kết luận. Hãy lựa chọn và sử dụng thông tin để xây dựng báo cáo tìm hiểu ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống như gợi ý dưới đây.
+ Bảng điền
Ảnh
+ Câu hỏi 5
Câu hỏi 5 trang 81 Vật Lí 11: Vì sao tụ điện có năng lượng?
+ Luyện tập 2
Luyện tập 2 trang 82 Vật Lí 11: Một tụ điện có điện dung 2 000 µFđược tích điện đến hiệu điện thế 10 V. Tính năng lượng của tụ điện.
+ Vận dụng
Vận dụng trang 82 Vật Lí 11: Cho các dụng cụ sau: Một tụ điện có điện dung 100 µF và hiệu điện thế định mức khoảng 12 V; 4 pin 1,5 V; Một LED; Một điện trở 50Ω; công tắc, dây dẫn điện. Nêu phương án dùng các dụng cụ này chứng minh tụ điện có lưu trữ năng lượng.
DẶN DÒ
DẶN DÒ
DẶN DÒ
+ Ôn lại các kiến thức vừa học. + Làm thêm bài tập trong sách bài tập. + Chuẩn bị trước bài sau.
CẢM ƠN
CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ CHĂM CHÚ NGHE BÀI GIẢNG.
↓ CHÚ Ý: Bài giảng này được nén lại dưới dạng ZIP và có thể chứa nhiều file. Hệ thống chỉ hiển thị 1 file trong số đó, đề nghị các thầy cô KIỂM TRA KỸ TRƯỚC KHI NHẬN XÉT ↓
Các ý kiến mới nhất