Giáo Dục

Bài tập tụ điện có lời giải, tụ điện phẳng, tụ mắc nối tiếp và song song – Vật lý 11 chuyên đề

Bài tập về tụ điện với công thức tính điện dung phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khoảng cách giữa hai bản tụ, diện tích phần đối diện giữa hai bản tụ, hằng số điện môi,…luôn làm các em dễ nhầm lẫn khi tính toán.

Bài viết này chúng ta cùng vận kiến thức về tụ điện để giải một số dạng bài tập về tụ điện, cách tính điện tích, hiệu điện thế và năng lượng của tụ điện hay các bài tập khi tụ điện mắc song song và nối tiếp.

° Dạng 1: Tính điện dung (C), điện tích (Q), hiệu điện thế (U) hay năng lượng của tụ điện.

* Kiến thức tụ điện vận dụng:

• Công thức tính điện dung: 1600951078nkn0td7icg 1604971860 4

• Điện dung của tụ phẳng: 1600951078g7rajmmzer 1604971861

 Trong đó:

 S là diện tích phần đối diện giữa hai bản tụ (m2)

 d là khoảng cách giữa hai bản tụ

 ε là hằng số điện môi và 

> Lưu ý:

– Đối với tụ điện biến thiên thì phần đối diện của hai bản sẽ thay đổi.

– Công thức chỉ áp dụng cho trường hợp chất điện môi lấp đầy khoảng không gian giữa hai bản tụ.

– Năng lượng của tụ điện: 1600951079uls8hheefa 1604971861

– Khi nối tụ vào nguồn: Q = hằng số

– Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số

hayhochoivn dn15

* Bài tập 1: Đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế 20V thì tụ tích được một điện lượng là 20.10-9C. Tính điện dung của tụ?

* Lời giải:

– Đề cho: U = 20(V); Q=20.10-9(C).

⇒ Điện dung của tụ là: 160095107940bamq08qr 1604971862

* Bài tập 2: Một tụ điện được tích điện bằng một hiệu điện thế là 20V 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 bao nhiêu?

* Lời giải:

– Đề cho: U1 = 20(V); W1 = 10(mJ) = 10-2(J); W= 22,5(mJ); U2=?

– Điện dung của tụ là:

  

– Để năng lượng của tụ điện là W= 22,5(mJ) = 22,5.10-3(J) thì:

 1604971862ecucr63k61

* Bài tập 3: Một tụ điện có điện dung C1 = 0,2μF khoảng cách giữa hai bản là d1 = 5cm được nạp điện đến hiệu điện thế U = 100V.

a) Tính năng lượng của tụ điện.

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

* Lời giải:

– Đề cho: C1 = 0,2μF = 0,2.10-6(F); d1 = 5(cm) = 5.10-2(m);  U = 100(V);

a) Năng lượng của tụ điện là:

 

b) Điện dung của tụ điện là:

 1604971863hj53jun96f 1604971863ljol08o3rb

 (điện dung tỉ lệ nghịch với khoảng cách)

 16049718631s2kd3di0t

– Điện tích của tụ lúc đầu là: Q1 = C1U1 = 0,2.10-6.100 = 2.10-5(C).

– Do ngắt điện khỏi nguồn nên điện tích Q không đổi, tức là: Q2 = Q1.

– Vậy năng lượng lúc sau của tụ là:

 

– Độ biến thiên năng lượng: ΔW = W2 – W1 = 2.10-4 – 10-3 = 8.10-4(J).

⇒ Năng lượng giảm.

* Bài tập 4: 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?

* Lời giải:

– Đề cho: d = 1,5(cm); U = 39(kV);

– Điện trường giữa hai bản tụ là: cm 1600943859 1600945864 1600951081 1604971864

a) Trường hợp điện trường giới hạn bằng 30 kV/cm: Vì E < Egh 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:

 

 cm 1600943868 1600945865 1600951082 1604971864

– Vì E1 > Egh = 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:

 cm 1600943872 1600945865 1600951082 1604971864

→ Nên thủy tinh bị đâm xuyên, tụ điện bị hư.

° Dạng 2: Tụ điện được ghép nối tiếp và song song.

* Kiến thức tụ điện vận dụng:

¤ Tụ điện ghép nối tiếp:

tụ điện mắc nối tiếp

 1604971865wv91k0ysr2

 1604971865bamb3p1ogh

 1604971865uibwrqr83m

¤ Tụ điện ghép song songtụ điện mắc song song Cb = C1 + C2 + … + Cn

 Ub = U1 = U2 = U3 = …

 Qb = Q1 + Q2 + Q3 + …

– Khi tụ điện bị đánh thủng, nó trở thành vật dẫn (dây dẫn). Nếu bài toán có nhiều tụ được mắc hỗn hợp, ta cần tìm ra được cách mắc tụ điện của mạch đó rồi mới tính toán.

– Sau khi ngắt tụ điện khỏi nguồn và vẫn giữa tụ điện đó cô lập thì điện tích Q của tụ đó vẫn không thay đổi.

* Bài tập 1: Một bộ gồm ba tụ ghép song song C1 = C2 = C3/2. Khi được tích điện bằng nguồn có hiệu điện thế 45 V thì điện tích của bộ tụ điện bằng 18.10-4C. Tính điện dung của các tụ điện?

* Lời giải:

– Ta có: 1604971866p1kct6jsb6

– Ba tụ điện được ghép song song nên:

 1604971866k4806rq1y5

 1604971866ugzqmtfd6k 1604971867orz55rcb9z

* Bài tập 2: Cho C1 = 6 μF, C2 = 3 μF, C3 = 6 μF, C4 = 1 μF, được mắc vào mạch AB với UAB = 60 V như hình vẽ sau:

tụ điện mắc nối tiếp và song songa) Điện dụng của bộ tụ.

b) Điện tích và hiệu điện thê của mỗi tụ.

c) Hiệu điện thế UMN.

* Lời giải:

a) Từ mạch điện ta thấy: Cnt [(C2 nt C3) // C4].

– Như vậy ta có:

 16009510871dn1eqophf 1604971867

 1600951093gmniiqorbu 1604971867 160095110061v9c0sa2z 1604971868

 

 1600951110n8euu3ys8j 1604971868

b) Ta có: mạch mạch mắc: C1 nt [(C2 nt C3)//C4] nên:

  

  1600951125f0vemcgsnd 1604971869

⇒ Suy ra: U4 = U23 = U234 = 40(V)

+ Lại có: Q4 = C4U4 = 4.10-5(C);

  Q23 = C23U23 = 2.10-6.40 = 8.10-5(C)

⇒ Q2 = Q3 = Q23 = 8.10-5(C)

+ Do đó: 16009511307440jsbwlz 1604971869

 

c) Bản A tích điện dương, bản B tích điện âm. Đi từ M đến N qua C2 theo chiều từ bản âm sang bản dương nên:

 

– Vậy hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn UMN = -80/3(V).

Như vậy, với bài viết về tụ điện, tụ điện phẳng, tụ mắc nối tiếp và song song có lời giải ở trên, hy vọng các em đã hiểu rõ hơn nội dung này. Qua đây các em cũng thấy bài tập tụ điện cũng không quá khó, tuy nhiên các công thức phải được ghi nhớ thật kỹ và cẩn thận để vận dụng.

Bản quyền bài viết thuộc trường trung học phổ thông Sóc Trăng. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận.
Nguồn chia sẻ: Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng (thptsoctrang.edu.vn)

Nguyễn Thị Hương Thủy

Cô giáo Nguyễn Thị Hương Thủy tốt nghiệp trường Đại học Sư phạm Hà Nội và hiện đang tham gia giảng dạy môn Ngữ Văn tại trường THPT Chu Văn An. Cô có 20 năm kinh nghiệm giảng dạy, dẫn dắt nhiều thế hệ học sinh đạt những thành tích cao và đặt chân vào các trường đại học danh tiếng. Cô gặt hái được rất nhiều thành công trong sự nghiệp: giải Nhì trong cuộc thi giáo viên giỏi do thành phố Hà Nội tổ chức, tham gia giảng dạy đội tuyển Học sinh giỏi Quốc gia.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button