BÀI 21. TỤ ĐIỆN
Trang bìa
Trang bìa
BÀI 21. TỤ ĐIỆN
Ảnh
Khởi động
Giới thiệu bài
Ảnh
Giới thiệu bài
Câu hỏi khởi động
Khởi động: Nếu một chiếc quạt điện gặp trục trặc như: cánh quạt quay chậm hoặc không quay dù vẫn cắm điện; động cơ nóng, rung và có âm thanh bất thường, thì nguyên nhân mà chúng ta cần xem xét là hỏng tụ điện. Vậy tụ điện có cấu tạo như thế nào?
Trả lời: Cấu tạo của tụ điện gồm ít nhất hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và dược ngăn cách bởi một lớp điện môi.
Ảnh
Tụ điện
Khái niệm
+ Tụ điện được sử dụng trong các thiết bị điện như: quạt điện, tủ lạnh, tivi, động cơ,... với các hình dạng khác nhau như Hình 21.1.
Ảnh
+ Khái niệm: Tụ điện là một loại linh kiện điện tử gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi). Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện.
Kí hiệu tụ điện
+ Mật độ điện tích tự do trong điện môi là rất nhỏ do đó điện môi là những chất không dẫn điện. Khi điện trường ngoài đặt vào điện môi lớn hơn một giới hạn nhất định thì các liên kết giữa các điện tích trái dấu trong nguyên tử của chất điện môi sẽ bị phá vỡ, điện tích tự do xuất hiện. Lúc này điện môi trở thành vật dẫn điện (điện môi bị đánh thủng). + Khi vẽ mạch điện, tụ điện được kí hiệu như Hình 21.2.
Ảnh
Tích điện và phóng điện
+ Để tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản cực của tụ điện với hai cực của nguồn điện một chiều. Bản nối với cực dương sẽ tích điện dơng, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm (Hình 21.3). Điện tích trên hai bản tụ điện có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. Ta gọi độ lớn của điện tích trên một bản tụ điện là điện tích của tụ điện. + Sau khi tích điện cho tụ điện, ta bỏ nguồn điện ra và nối hai bản tụ điện với một điện trở (hoặc bóng đèn), sẽ có dòng điện chạy qua điện trở và điện tích trên tụ điện giảm nhanh. Ta gọi đó là sự phóng điệm của tụ điện.
Ảnh
Em có biết
+ Tụ điện gồm hai bản phẳng bằng kim loại, đặt song song, gữa hai bản là chất điện môi (có thể là không khí) được gọi là tụ điện phẳng (Hình 21.4). + Trong thực tế, người ta thường chế tạo tự điện với hai bản là hai tấm thiếc, kẽm, hoặc nhôm. Lớp điện mỗi lỗi bằng giấy tẩm chất cách điện (paraffin). Để giảm kích thước của linh kiện, người ta cuộn tụ điện lại và đặt trong một vỏ bằng kim loại (Hình 21.5). Tụ điện lúc này có dạng hình trụ.
Ảnh
Điện dung của tụ điện
1. Điện dung
Khái niệm: Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế U và hai bản tự điện. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ điện và hiệu điện thế U đặt vào hai bản tụ điện.
Trong đó: Q được tính bằng đơn vị culông (C); U được tính bằng đơn vị vôn (V); thì đơn vị của điện dung C là fara (kí hiệu là F).
Ảnh
Em có biết
+ Ngoài các tụ điện thông dụng trong công nghệ và cuộc sống, người ta còn chế tạo ra loại tụ điện xoay, là một loại tụ điện có thể thay đổi được điện dung.
Ảnh
Câu hỏi 1
Câu hỏi 1: Cho một tụ điện trên vỏ có ghi là 2μF−200V. a) Đặt vào hai bản tụ điện một hiệu điện thế 36 V. Hãy tính điện tích mà tụ điện tích được. b) Hãy tính điện tích mà tụ điện tích được ở hiệu điện thế tối đa cho phép.
Trả lời: a) Điện tích mà tụ tích được: Q1 = C.U1 = 2.36 = 72 (μC) b) Điện tích tối đa mà tụ tích được là: latex(Q_(max)) = C.U = 2.200 = 400 (μC)
Câu hỏi 2
Câu hỏi 2: Có hai chiếc tụ điện, trên vỏ tụ điện (A) có ghi 2 μF- 350V, tụ điên (B) có ghi 2,3 μF - 300 V. a) Trong hai tự điện trên khi tích điện ở cùng một hiệu điện thế ở cùng một hiệu điện thế, tụ điện nào có khả năng tích điện tốt hơn? b) Khi tích điện lên đến mức tối đa cho phép thì tụ điện nào sẽ có điện tích lớn hơn?
Trả lời: a) Tụ điện (B) có khả năng tích điện lớn hơn vì latex(C_B)>latex(C_A) b) Điện tích tối đa tụ (A) tích được là: latex(Q_(Amax)) = latex(C_A). latex(U_(AĐM)) = 2.350 = 700 (μC) Điện tích tối đa tụ (B) tích được là: QBmax = CB. UBĐM = 2,3.300 = 690 (μC) Khi tích điện lên đến mức tối đa cho phép thì tụ điện (A) tích điện nhiều hơn tụ (B) vì QAmax > QBmax
2. Điện dung của bộ tụ điện
Gép nối tiếp: Ghép nối tiếp n tụ điện chưa tích điện có: điện dung latex(C_1, C_2,... C_n) với nhau rồi mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U (Hình 21.7). Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ sẽ có mối liên hệ với các đại lượng tương ứng của mỗi tụ theo các công thức sau:
Ảnh
Ảnh
Ghép song song
+ Ghép n tụ điện chưa tích điện có điện dung latex(C_1, C_2,... C_n) song song với nhau rồi mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U (Hình 21.8). Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ sẽ có mối liên hệ v các đại lượng tương ứng của mỗi tự theo các công thức sau:
Ảnh
Ảnh
Bài tập Vận dụng
Câu hỏi: Vận dụng mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường để xác định điện thế tại một điểm cách mặt đất 5 m ở nơi có điện trường của Trái Đất là 114 V/m.
Đáp án: Khi mốc điện thế tại mặt đất bằng 0, áp dụng công thức:
Ảnh
Ta có vì chiều của MN cùng chiều với chiều điện trường nên ⇒ Điện thế tại điểm cần tìm cách mặt đất 5m là: V = E.h = 114.5 = 570 (V)
Ảnh
Năng lượng của tụ điện
Quá trình hình thành năng lượng
+ Khi sử dụng nguồn điện để tích điện cho tụ, nguồn điện đã thực hiện công để dịch chuyển các electron từ bản cực nối với cực dương sang bản cực nối với cực âm của tụ điện. Mỗi phần công này là công A của lực điện trong sự dịch chuyển của các electron nói trên và chuyển thành thế năng của các điện tích trên hai bản tự, tụ điện đã tích một năng lượng W=A. Khi cho tụ điện phóng điện qua điện trở (hay bóng đèn) thì tụ điện giải phóng năng lượng đã tích lũy được. Do đó một trong các ứng dụng trong thực tế của tụ điện là tích trữ năng lượng và cung cấp năng lượng.
Ảnh
+ Quá trình tích điện cho tụ điện có điện dung C diễn ra trong một khoảng thời gian và hiệu điện thế sẽ tăng tỉ lệ thuận với lớiợng điện tích đã tích được trên tụ như hình 21.9
Công thức tính
+ Công để tính điện cho tụ điện đến điện tích Q bằng tổng các điện tích nhỏ là A.
Vậy năng lượng của tụ điện khi được tích íchiện với điện tích Q có đơn vị là culông; U (vôn); C (fara); W (jun):
Ảnh
Ảnh
Ảnh
Câu hỏi
Câu hỏi: Có hai chiếc tụ điện, tụ điện D có thông số cơ bản được ghi là 2 mF - 450V; tụ điện E có thông số cơ bản được ghi là 2,5 μF - 350 V. Khi các tụ điện trên được tích điện tới mức tối đa cho phép, hãy tính năng lượng của mỗi tụ điện.
Trả lời: Năng lượng của tụ điện D là:
Ảnh
Năng lượng của tụ điện E là:
Ảnh
Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống
Ứng dụng
Hoạt động Các em hãy sử dụng sách, báo, internet hoặc các mạng thông tin khác để tìm hiểu, sưu tập một số tụ điện thông dụng. Tiếp theo, các em lựa chọn và sử dụng các thông tin này để xây dựng một báo cáo về Một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống. Dưới đây là một mẫu báo cáo để chúng ta tham khảo.
Trả lời: BÁO CÁO Một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống Tên học sinh: ... Lớp: ...
Kết luận về ứng dụng
Kết luận về ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống + Thường được ứng dụng phổ biến và rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử. + Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi nhờ khả năng lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch tán. + Dùng trong xây dựng các bộ phận kỹ thuật số cho máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử. + Trong những lĩnh vực vực chế tạo đặc biệt về quân sự hoặc máy phát điện, thí nghiệm vật lý, vũ khí hạt nhân,… + Sử dụng trong việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng. + Sử dụng trong vấn đề xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…
Dặn dò
- Dặn dò
Ảnh
Dặn dò:
Ôn lại các kiến thức vừa học. Làm thêm bài tập trong sách bài tập. Chuẩn bị trước bài sau.
- Cảm ơn
Ảnh