Cách tính điện dung, năng lượng của tụ điện hay, chi tiết - Vật Lí lớp 11

Cách tính điện dung, năng lượng của tụ điện hay, chi tiết

Với Cách tính điện dung, năng lượng của tụ điện hay, chi tiết Vật Lí lớp 11 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập tính điện dung, năng lượng của tụ điện từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.

A. Phương pháp & Ví dụ

Vận dụng công thức:

- Điện dung của tụ điện:

- Năng lượng của tụ điện:

Ví dụ 1: Đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế 10V thì tụ tích được một điện lượng là 20.10^-9 C. Điện dung của tụ là:

Hướng dẫn:

Ta có:

Ví dụ 2: Để tụ tích một điện lượng 10 nC thì đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế là 2V. Để tụ đó tích được một điện lượng là 2,5 nC thì phải đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế:

Hướng dẫn:

Ta có điện dung của tụ là

Để tụ đó tích được một điện lượng là 2,5 nC thì phải đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế:

Ví dụ 3: Một tụ điện được tích điện bằng một hiệu điện thế là 10V thì năng lượng của tụ là 10mJ. Nếu muốn năng lượng của tụ là 22,5mJ thì phải đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế:

Hướng dẫn:

Điện dung của tụ là

Nếu muốn W = 22,5.10^-3 J thì

Ví dụ 4: Một tụ điện có điện dung C₁ = 0,2 μF khoảng cách giữa hai bản là d₁ = 5 cm được nạp điện đến hiệu điện thế U = 100 V.

a) Tính năng lượng của tụ điện.

b) Ngắt tụ ra khỏi nguồn điện. Tính độ biến thiên năng lượng của tụ khi dịch 2 bản lại gần còn cách nhau d₂ = 1 cm.

Hướng dẫn:

a) Năng lượng của tụ điện:

b) Điện dung của tụ điện:

    + Điện dung của tụ điện lúc sau:

    + Điện tích của tụ lúc đầu: Q₁ = C₁U₁ = 0,2.10^-6.100 = 2.10^-5 C

    + Vì ngắt tụ ra khỏi nguồn nên điện tích không đổi, do đó: Q₂ = Q₁

    + Năng lượng lúc sau:

    + Độ biến thiên năng lượng: ΔW = W₂ – W₁ = -8.10^-4 J < 0 ⇒ năng lượng giảm

Ví dụ 5: Tụ phẳng không khí d = 1,5cm nối với nguồn U = 39kV (không đổi).

a) Tụ có hư không nếu biết điện trường giới hạn của không khí là 30kV/cm?

b) Sau đó đặt tấm thủy tinh có ε = 7, l = 0,3cm và điện trường giới hạn 100kV/cm vào khoảng giữa, song song 2 bản. Tụ có hư không?

Hướng dẫn:

– Điện trường giữa hai bản tụ là:

a) Trường hợp điện trường giới hạn bằng 30 kV/cm: Vì E < E_gh nên tụ không bị hư.

b) Trường hợp điện trường giới hạn bằng 100 kV/cm: Khi có tấm thủy tinh, điện dung của tụ tăng lên, điện tích ở các bản tụ tăng lên làm cho điện trường trong khoảng không khí cũng tăng lên.

Gọi E₁ là cường độ điện trường trong phần không khí; E₂ là cường độ điện trường trong phần thủy tinh. Ta có:

U = E₁(d – l) + E₂l và

Vì E₁ > E_gh = 30 kV/cm nên không khí bị đâm xuyên và trở nên dẫn điện, khi đó hiệu điện thế U của nguồn đặt trực tiếp vào tấm thủy tinh, điện trường trong tấm thủy tinh là:

> E_gh = 100 kV/cm nên thủy tinh bị đâm xuyên, tụ điện bị hư.

B. Bài tập

Bài 1: Một tụ điện có điện dung 2μF. Khi đặt một hiệu điện thế 4V vào hai bản tụ thì tụ điện tích được điện lượng bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Ta có: Q = CU = 2.10^-6.4 = 8.10^-6 C

Bài 2: Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 4V thì tụ tích được điện lượng là 2μ C. Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10V thì tụ tích được điện lượng bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Ta có: . Khi đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10V thì tụ tích được điện lượng là: Q = CU' = 0,5.10^-6.10 = 5.10^-6 C.

Bài 3: Hai đầu tụ có điện dung là 20 μF thì hiệu điện thế là 5V thì năng lượng tích được bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Năng lượng tích được là

Bài 4: Giữa hai bản tụ phẳng cách nhau 1 cm có một hiệu điện thế 10V. Cường độ điện trường trong lòng tụ bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Ta có:

Bài 5: Một tụ điện có điện dung 5.10^-6 F. Điện tích của tụ điện bằng 86 μC. Hiệu điện thế trên hai bản tụ điện bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Ta có: