Tụ điện SVIP

I. Tụ điện

Tụ điện được sử dụng trong các thiết bị điện như: quạt điện, tủ lạnh, ti vi, động cơ,... với các hình dạng khác nhau.

 Một số loại tụ điện

Tụ điện là một loại linh kiện điện tử gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi). Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện.

Điện môi là những chất không dẫn điện do mật độ điện tích tự do trong điện môi là rất nhỏ. Khi điện trường ngoài đặt vào điện môi lớn hơn một giới hạn nhất định thì các liên kết giữa các điện tích trái dấu trong nguyên tử của chất điện môi sẽ bị phá vỡ, điện tích tự do xuất hiện. Lúc này điện môi trở thành vật dẫn điện (điện môi bị đánh thủng).

Kí hiệu của tụ điện trong mạch điện:

 Trong mạch điện, tụ điện có nhiệm vụ tích điện và phóng điện.

- Để tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản cực của tụ điện với hai cực của nguồn điện một chiều. Bản nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm. Điện tích trên hai bản tụ điện có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. Độ lớn của điện tích trên một bản tụ điện được gọi là điện tích của tụ điện.

 Tích điện cho tụ điện

- Sau khi tích điện cho tụ điện, ta bỏ nguồn điện ra và nối hai bản tụ điện với một điện trở (hoặc bóng đèn), sẽ có dòng điện chạy qua điện trở và điện tích trên tụ điện giảm nhanh. Đó là sự phóng điện của tụ điện.

II. Điện dung của tụ điện

1. Điện dung

Với mỗi tụ điện nhất định, độ lớn điện tích \(Q\) mà tụ điện tích được tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai bản của nó.

\(Q=CU\)

Đại lượng \(C\) là một hằng số đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế xác định và gọi là điện dung của tụ điện.

Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế \(U\) vào hai bản tụ điện. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích \(Q\) của tụ điện và hiệu điện thế \(U\) đặt vào hai bản tụ điện.

\(C=\dfrac{Q}{U}\)

Trong đó, \(Q\) tính bằng đơn vị culông (c), \(U\) tính bằng đơn vị vôn (V) thì đơn vị của điện dung \(C\) là fara (kí hiệu là F).

Vậy, 1 fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt hiệu điện thế 1 V vào hai bản tụ điện thì điện tích của tụ điện là 1 C.

Chú ý: tụ điện thường sử dụng trong thực tế có điện dung vào khoảng từ 10^-12 F đến 10^-6 F nên người ta cũng thường dùng các đơn vị:

+ 1 micrôfara (kí hiệu là μF) = 10^-6 F

+ 1 nanôfara (kí hiệu là nF) = 10^-9 F

+ 1 picôfara (kí hiệu là pF) = 10^-12 F

Trên vỏ tụ điện thường được ghi hai thông số quan trọng là điện dung của tụ điện và hiệu điện thế tối đa được sử dụng. Tùy từng loại tụ điện mà có thể có thêm các thông số khác như tần số dòng điện, khoảng nhiệt độ mà tụ điện hoạt động bình thường,...

 Các thông số kĩ thuật trên vỏ tụ điện

2. Điện dung của bộ tụ điện

a. Ghép nối tiếp

Bộ tụ điện ghép nối tiếp

Ghép nối tiếp n tụ điện chưa tích điện có điện dung \(C_1,C_2,...,C_n\) với nhau rồi mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế \(U\). Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ sẽ có mối liên hệ với các đại lượng tương ứng của mỗi tụ theo các công thức sau:

\(U=U_1+U_2+...+U_n\)

\(Q=Q_1=Q_2=...=Q_n\)

\(\dfrac{1}{C}=\dfrac{1}{C_1}+\dfrac{1}{C_2}+...+\dfrac{1}{C_n}\)

b. Ghép song song

Bộ tụ điện ghép song song

Ghép n tụ điện chưa tích điện có điện dung \(C_1,C_2,...,C_n\) song song với nhau rồi mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế \(U\). Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ sẽ có mối liên hệ với các đại lượng tương ứng của mỗi tụ theo công thức sau:

\(U=U_1=U_2=...=U_n\)

\(Q=Q_1+Q_2+...+Q_n\)

\(C=C_1+C_2+...+C_n\)

III. Năng lượng của tụ điện

Khi sử dụng nguồn điện để tích điện cho tụ, nguồn điện đã thực hiện công để dịch chuyển các electron từ bản cực nối với cực dương sang bản cực nối với cực âm của tụ điện. Một phần công này là công \(A\) của lực điện trong sự dịch chuyển của các electron nói trên và chuyển thành thế năng của các điện tích trên bản tụ, tụ điện đã tích một năng lượng \(W=A\). Khi cho tụ điện phóng điện qua điện trở (hay bóng đèn) thì tụ điện giải phóng năng lượng đã tích lũy được. Do đó, một trong cách ứng dụng thực tế của tụ điện là tích trữ năng lượng và cung cấp năng lượng.

Năng lượng của tụ điện khi được tích điện với điện tích \(Q\):

\(W=\dfrac{QU}{2}=\dfrac{Q^2}{2C}=\dfrac{CU^2}{2}\)

Trong đó, điện tích \(Q\) có đơn vị là culông; hiệu điện thế \(U\) đơn vị là vôn; điện dung \(C\) đơn vị là fara, năng lượng \(W\) có đơn vị là jun.

Năng lượng của tụ điện cũng chính là năng lượng điện trường trong tụ điện.

IV. Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống

Tích trữ năng lượng là chức năng của tụ điện được sử dụng trong nhiều thiết bị điện như động cơ xe máy, máy hàn dùng công nghệ phóng điện của tụ, mạch khuếch đại,...

Ngoài ra, tụ điện còn một số chức năng khác như: lưu trữ điện tích, lọc dòng điện một chiều không cho đi qua mà chỉ cho dòng điện xoay chiều đi qua,...

1. Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế \(U\) vào hai bản tụ điện. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích \(Q\) của tụ điện và hiệu điện thế \(U\) đặt vào hai bản tụ điện.

\(C=\dfrac{Q}{U}\)

2. 1 fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt hiệu điện thế 1 V vào hai bản tụ điện thì điện tích của tụ điện là 1 C.

3. Công thức của bộ tụ điện ghép nối tiếp:

\(U=U_1+U_2+...+U_n\)

\(Q=Q_1=Q_2=...=Q_n\)

\(\dfrac{1}{C}=\dfrac{1}{C_1}+\dfrac{1}{C_2}+...+\dfrac{1}{C_n}\)

Công thức của bộ tụ điện ghép song song:

\(U=U_1=U_2=...=U_n\)

\(Q=Q_1+Q_2+...+Q_n\)

\(C=C_1+C_2+...+C_n\)

4. Năng lượng của tụ điện:

\(W=\dfrac{QU}{2}=\dfrac{Q^2}{2C}=\dfrac{CU^2}{2}\)

5. Tụ điện có ứng dụng tích trữ năng lượng, cung cấp năng lượng và nhiều ứng dụng khác nữa.