Bài 14. Tụ điện trang 87, 88, 89, 90, 91, 92 Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo

KĐ

Màn hình cảm ứng (Hình 14.1) được sử dụng ngày càng phổ biến. Trong đó, màn hình cảm ứng điện dung (sử dụng tụ điện) hoạt động dựa vào khả năng nhường hoặc nhận điện tích của cơ thể con người khi có sự tiếp xúc với các thiết bị điện. Vậy, tụ điện là thiết bị có những đặc tính gì?

Lời giải chi tiết:

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.

CH

Liệt kê một số vật liệu có tính cách điện trong đời sống.

Lời giải chi tiết:

Những vật liệu có tính cánh điện trong đời sống là: nhựa, cao su, sứ, thủy tinh,...

CH

Dựa vào cấu tạo của tụ điện ở Hình 14.4, hãy cho biết tụ điện có cho dòng điện một chiều đi qua không.

Lời giải chi tiết:

Dòng một chiều là dòng có tần số f=0 vì vậy dòng một chiều không đi qua được tụ.

LT

Xét một tụ điện được tích điện. Khi thay đổi điện dung của tụ, hiệu điện thế và điện tích của tụ có thay đổi không trong các trường hợp sau?

a) Tụ vẫn còn được mắc vào nguồn điện một chiều.
b) Tụ đã được tháo ra khỏi nguồn điện trước khi thay đổi điện dung.

Lời giải chi tiết:

Điện dung của tụ điện: \(C = \frac{Q}{U}\)

a) Tụ vẫn còn được mắc vào nguồn điện một chiều vì tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua nên hiệu điện thế sẽ bằng 0 và lượng điện tích sẽ bị xả hết và bằng 0.
b) Tụ đã được tháo ra khỏi nguồn điện trước khi thay đổi điện dung thì hiệu điện thế sẽ bằng 0 và lượng điện tích không thay đổi.

VD

Dựa vào sách, báo, internet, em hãy trình bày ngắn gọn vai trò của tụ điện trong màn hình cảm ứng điện dung của thiết bị điện thoại.

Lời giải chi tiết:

Màn hình cảm ứng điện dung sử dụng một tấm kính được phủ ion kim loại giúp cho ánh sáng đi qua nhiều hơn đến 90%. Nhờ đó mà hình ảnh hiển thị rõ ràng hơn. Lớp ion kim loại trên bề mặt kính sẽ tạo ra mạng lưới các tụ điện trên màn hình. Các tụ điện này sẽ bị mất điện tích khi tay người hay các vật có điện chạm vào, nhờ đó hệ thống chứa màn hình sẽ xác định được sự thay đổi này diễn ra ở đâu và tiến hành cách thao tác theo ý người sử dụng. Nhờ vậy, màn hình cảm ứng dạng này có thể được điều khiển bởi những "cái chạm" rất nhẹ từ ngón tay, tuy nhiên thường thì bạn không thể sử dụng được với đồ cứng hay đeo găng tay.

Màn hình cảm ứng điện dung có độ chính xác và tin cậy cao nên được dùng rộng rãi trong loại điện thoại và máy tính bảng hiện nay. Cảm ứng điện dung là không cần lực tác động lên lớp cảm ứng nên rất nhạy và cảm nhận được nhiều điểm cùng tại một thời điểm.

CH

Xét hai tụ điện có cùng điện dung lần lượt được mắc nối tiếp và song song để tạo ra hai bộ tu điền khác nhau. Hãy so sánh điện dung của hai bộ tụ điện trên với điện dung của mỗi tụ điện thành phần.

Lời giải chi tiết:

Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp: \(\frac{1}{{{C_b}}} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + ... + \frac{1}{{{C_n}}}\)

⇒Điện dung của bộ tụ ghép nối tiếp nhỏ hơn điện dung thành phần.

Điện dung của bộ tụ ghép song song: C_b=C₁+C₂+...+C_n

⇒Điện dung của bộ tụ ghép song song bằng tổng điện dung thành phần.

LT

Xét mạch điện như Hình 14.9. Biết hiệu điện thế giữa hai điểm A, B bằng 6V và điện dung của hai tụ điện lần lượt là C₁=2μF và C₂=4μF. Xác định hiệu điện thế và điện tích trên mỗi tụ điện. Giả sử ban đầu các tụ chưa tích điện.

Lời giải chi tiết:

Ta có: C₁ nt C₂

Điện dung của bộ tụ là: \(\frac{1}{{{C_b}}} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} = \frac{1}{2} + \frac{1}{4} \Rightarrow {C_b} = \frac{4}{3}\mu F\)

Điện tích của bộ tụ và các tụ điện thành phần là: 

Q=Q₁=Q₂=CU=6.\(\frac{4}{3}\).10⁻⁶=8.10⁻⁶C

Hiệu điện thế ở tụ điện C₁ là: \({U_1} = \frac{Q}{{{C_1}}} = \frac{{{{8.10}^{ - 6}}}}{{{{2.10}^{ - 6}}}} = 4V\)

Hiệu điện thế ở tụ điện C₂ là: \({U_2} = \frac{Q}{{{C_2}}} = \frac{{{{8.10}^{ - 6}}}}{{{{4.10}^{ - 6}}}} = 2V\)

VD

Quan sát Hình 14.10 và cho biết:

a) giá trị điện dung của tụ điện.
b) ý nghĩa các thông số trên tụ điện.

Lời giải chi tiết:

a) giá trị điện dung của tụ điện là: 4700μF

b) ý nghĩa các thông số trên tụ điện: 50 V: giá trị điện áp hoạt động là mức điện áp tối đa mà tụ có thể chịu đựng được. Nếu vượt quá hoặc bằng mức điện áp này thì tụ điện có thể bị nổ

4700μF: giá trị điện dung của tụ

Bài 1

Xét tụ điện như Hình 14.10.

a) Tính điện tích cực đại mà tụ có thể tích được.
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 là bao nhiêu?

Lời giải chi tiết:

a) Điện tích cực đại mà tụ có thể tích được là: Q=C.U=4700.10⁻⁶.50=0,235C

b) Hiệu điện thế cần phải đặt giữa hai cực của bản tụ là:

\({U_1} = \frac{{{Q_1}}}{C} = \frac{{4,{{8.10}^{ - 4}}}}{{{{4700.10}^{ - 6}}}} = 0,102V\)

Bài 2

Hai tụ điện có điện dung lần lượt là C₁ =0,5 μF và C₂ =0,7 μF được ghép song song rồi mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U < 60 V thì một trong hai tụ có điện tích 35 μC. Tính hiệu điện thế U của nguồn và điện tích của tụ còn lại.

Lời giải chi tiết:

Bộ tụ ghép song song nên ta có: C_b=C₁+C₂=0,5+0,7=1,2μF

U=U₁=U₂<60V

Nếu tụ C₁ có điện tích 35 μC thì hiệu điện thế của tụ điện 1 là

\({U_1} = \frac{{{Q_1}}}{{{C_1}}} = \frac{{{{35.10}^{ - 6}}}}{{0,{{5.10}^{ - 6}}}} = 70V > 60V\)(không thỏa mãn điều kiện đề bài)

Nếu tụ C₂ có điện tích 35 μC thì hiệu điện thế của tụ điện 2 là

\({U_2} = \frac{{{Q_2}}}{{{C_2}}} = \frac{{{{35.10}^{ - 6}}}}{{0,{{7.10}^{ - 6}}}} = 50V < 60V\)(thỏa mãn điều kiện đề bài)

⇒ tụ điện C₂ có điện tích Q₂=35μC và hiệu điện thế U₂=50V

Hiệu điện thế của nguồn và của tụ C₁ là: U=U₁=U₂=50V

Điện tích của tụ C₁ là: Q₁=C₁.U₁=0,5.50=25μF

Điện tích của nguồn là: Q=Q₁+Q₂=25+35=60μF

Bài 3

Cho các tụ điện C₁ = C₂ = C₃ = C₄ =3,3 μF được mắc thành mạch như Hình 14P.1. Xác định điện dung tương đương của bộ tụ.

Lời giải chi tiết:

Ta có: (C1∥C3)nt(C2∥C4)

Điện dung tương đương của C₁₃ là:

\(\frac{1}{{{C_{13}}}} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_3}}} = \frac{1}{{3,3}} + \frac{1}{{3,3}} \Rightarrow {C_{13}} = 1,65\mu F\)

Điện dung tương đương của C₂₄ là: C₂₄=1,65μF

Điện dung tương đương của bộ tụ là C_b=C₁₃+C₂₄=1,65+1,65=3.3μF

Lí thuyết