Bài 14: Tụ điện

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi. Tụ điện có khả năng tích và phóng điện.

Vật liệu có tính cách điện: cao su, sứ, nhựa, thuỷ tinh, mica,…

Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua vì ở giữa tụ điện là môi trường cách điện, nên không có hạt dẫn điện và không cho dòng điện một chiều đi qua

a) Tụ điện vẫn được mắc vào nguồn điện một chiều thì hiệu điện thế không đổi, khi thay đổi điện dung thì điện tích của tụ thay đổi.

b) Tháo tụ ra khỏi nguồn điện thì điện tích không đổi, thay đổi điện dung thì hiệu điện thế hai đầu tụ thay đổi.

Màn hình cảm ứng điện dung sử dụng các thuộc tính điện từ của thân thể con người. Một màn hình cảm ứng điện dung thường được tạo bởi một lớp cách điện như kính, bao phủ bởi một vật liệu dẫn điện trong suốt ở mặt bên trong. Do cơ thể người dẫn điện nên màn hình điện dung có thể sử dụng tính dẫn điện này làm đầu vào. Khi bạn chạm vào một màn hình cảm ứng điện dung bằng ngón tay, bạn gây nên sự thay đổi tại trường điện từ của màn hình.

Thay đổi này được ghi nhận, và vị trí cú chạm được xác định bởi một bộ xử lý. Điều này được thực hiện bằng một số công nghệ khác nhau, nhưng tất cả các công nghệ này đều dựa vào sự thay đổi điện từ do cú chạm ngón tay gây ra. Điều này là nguyên nhân bạn không thể sử dụng một màn hình cảm ứng điện dung khi đeo găng tay cách điện. Tương tự với các bút cảm ứng.

Ta có: \(C_1=C_2=C\)

Điện dung của bộ tụ điện khi mắc nối tiếp:

\(\frac{1}{C_{n t}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2} \Rightarrow C_{n t}=\frac{C_1 C_2}{C_1+C_2}=\frac{C^2}{2 C}=\frac{C}{2}<C_1\) hoặc \(C_{n t}<C_2\)

 Điện dung của bộ tụ điện khi mắc song song:

\(C_{n t}=C_1+C_2=2 C\) nên \(C_{n t}>C_1\) hoặc \(C_{n t}>C_2\)

Hai tụ mắc nối tiếp: \(C_{n t}=\frac{C_1 C_2}{C_1+C_2}=\frac{2.4}{2+4}=\frac{4}{3} \mu F\)

Điện tích trên mỗi tụ: \(Q_1=Q_2=Q_{n t}=C_{n t}.U=\frac{4}{3}. 10^{-6} .6=8 .10^{-6} C\)

Hiệu điện thế trên mỗi tụ: \(U_1=\frac{Q_1}{C_1}=\frac{8.10^{-6}}{2.10^{-6}}=4 V ; U_2=U-U_1=2 \mathrm{~V}\)

a) Điện dung của tụ điện Hình 14.10 là \(C=4700 \mu F\)

b) Ý nghĩa:

- Hiệu điện thế tối đa mà tụ có thể chịu được là 50 V nếu vượt quá giá trị này thì tụ điện sẽ bị hỏng.

- Giá trị điện dung của tụ điện thể hiện khả năng có thể tích trữ nguồn điện.

a) Điện tích cực đại mà tụ có thể tích được: 

\(Q=C U=4700.10^{-6}.50=0,235(C)\)

b) Muốn tích cho tụ điện một điện tích là \(4,8.10^{-4}C\) thì cần phải đặt giữa hai bản tụ một hiệu điện thế: 

\(U^{\prime}=\frac{Q^{\prime}}{C}=\frac{4,8.10^{-4}}{4700 .10^{-6}}=0,102 \mathrm{~V}\)

Hai tụ mắc song song: \(C_{/ /}=C_1+C_2=0,5+0,7=1,2 \mu F\)

Khi hai tụ được ghép song song thì: \(U=U_1=U_2<60 \mathrm{~V}\)

Giả sử tụ điện \(C_1\) có điện tích \(35 \mu C\) thì hiệu điện thế của tụ khi đó là:

\(U_1=\frac{Q_1}{C_1}=\frac{35.10^{-6}}{0,5.10^{-6}}=70 \mathrm{~V}>60 \mathrm{~V}\) (không thoả mãn điều kiện trên)

Nên tụ \(C_2\) sẽ có điện tích \(35 \mu C\) khi đó hiệu điện thế của tụ \(C_2\) là:

\(U_2=\frac{Q_2}{C_2}=\frac{35.10^{-6}}{0,7.10^{-6}}=50 \mathrm{~V}<60 \mathrm{~V}\) (thỏa mãn)

Hiệu điện thế của nguồn: U = 50 V = \(U_1\)

Điện tích của tụ \(C_1\) là: \(Q_1=C_1 U_1=0,5.10^{-6} \cdot 50=25.10^{-6}(C)=25 \mu C\)

Dựa vào hình vẽ ta có: \(\left(C_1 / / C_3\right) n t\left(C_2 / / C_4\right)\)

\(C=\frac{C_{13} \cdot C_{24}}{C_{13}+C_{24}}=\frac{\left(C_1+C_3\right)\left(C_2+C_4\right)}{C_1+C_3+C_2+C_4}=3,3 \mu F\)