Bài 15: Năng lượng và ứng dụng của tụ điện

Tụ điện là thiết bị được sử dụng để tích điện và phóng điện dựa vào năng lượng W mà tụ điện tích lũy được.

Tụ điện tích trữ năng lượng trong trường tĩnh điện giữa các bản cực. Do sự khác biệt về điện thế giữa các vật dẫn (ví dụ, khi một tụ điện được gắn vào pin), một điện trường đi qua chất điện môi, làm cho điện tích dương (+Q) thu về một cực và một điện tích âm (-Q) trên cực kia.

Như vậy, cần một công để dịch chuyển một lượng điện tích q từ bản này sang bản kia của tụ điện. Công này chính là năng lượng được dự trữ trong tụ điện dưới dạng năng lượng điện trường.

Công thức (15.1): \(A=\frac{1}{2} Q U\)

Điện dung tụ điện: \(C=\frac{Q}{U}\) hay Q = CU hay \(U=\frac{Q}{C}\)  thay vào công thức (15.1)

Công này chính là năng lượng dự trữ trong tụ điện dưới dạng năng lượng điện trường:

\(W=\frac{1}{2} .Q.\frac{Q}{C}=\frac{Q^2}{2 C}=\frac{1}{2} C U^2\)

Năng lượng của tụ điện: \(W=\frac{Q^2}{2 C}=\frac{\left(3,2.10^{-8}\right)^2}{2.2.10^{-12}}=2,56.10^{-4} J\)

Tụ điện này không thể dùng để duy trì dòng điện trong mạch vì tụ điện không phải nguồn điện, nó chỉ có tác dụng tích điện và phóng điện nên không thể duy trì được dòng điện trong mạch.

Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống:

– Tụ điện dần trở thành linh kiện không thể thiếu trong lĩnh vực điện, kỹ thuật điện tử. Tụ điện có trong các thiết bị dân dụng như quạt điện, bếp điện, ….

– Đây cũng là một trong những bộ phận quan trọng trong hệ thống âm thanh của những dòng xe hơi hạng sang giúp tích tụ năng lượng để duy trì bộ khuếch đại hoạt động ổn định với chất lượng âm thanh tuyệt vời.

– Bên cạnh đó nó cũng được sử dụng phổ biến trong việc xây dựng bộ nhớ kỹ thuật số cho máy tính nhằm đưa đến những trải nghiệm sử dụng tuyệt vời cho người dùng.

– Tụ điện cũng được sử dụng trong lĩnh vực chế tạo các loại máy móc như máy phát điện, thiết bị vi tính, máy móc dùng trong gia đình,…

Nó có mặt trong hầu hết những loại thiết bị, máy móc điện tử phục vụ cuộc sống của chúng ta.

– Ngoài ra ứng dụng lớn nhất của tụ điện trong thực tế là việc được sử dụng như một nguồn cung cấp đồng thời cũng tích trữ năng lượng phục vụ cho nhu cầu sử dụng sau đó.

a) Hiệu điện thế: \(U=\frac{Q}{C}=\frac{32}{9,27.10^{-9}}=3,5.10^9 \mathrm{~V}\)

b) Năng lượng của tụ điện: \(W=\frac{Q^2}{2 C}=\frac{32^2}{2.9,27.10^{-9}}=5,5.10^{10} \mathrm{~J}\)

a) Năng lượng của tụ: \(W=\frac{1}{2} C U^2=\frac{1}{2}.70.10^{-6} .5000^2=875 J\)

b) Công suất trung bình: \(\mathrm{P}=\frac{200}{2.10^{-3}}=100000(W)\)