Công thức năng lượng của tụ điện lớp 11 (hay, chi tiết)

Bài viết Công thức năng lượng của tụ điện lớp 11 trình bày đầy đủ công thức, ví dụ minh họa có lời giải chi tiết và các bài tập tự luyện giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm về Công thức năng lượng của tụ điện từ đó học tốt môn Vật Lí 11.

1. Công thức

• Năng lượng của tụ điện: $W=\frac{QU}{2}=\frac{Q^2}{2C}=\frac{C{U}^2}{2}$

Trong đó:

- Q có đơn vị là culong

- U có đơn vị là vôn

- C có đơn vị là fara

- W có đơn vị là jun

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

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Cho một tụ điện có điện dung 3 pF được tích điện đến giá trị 9.10^-6 C. Tính năng lượng tích trữ trong tụ điện.

Hướng dẫn giải

Năng lượng tích trữ trong tụ điện là: $W=\frac{Q^2}{2C}=\frac{{\left(9\cdot {10}^{-6}\right)}^2}{2\cdot 3\cdot {10}^{-12}}=\mathrm{13,5}\text{ J}$.

Ví dụ 2: Tính năng lượng tích trữ của tụ điện trong các trường hợp sau:

a) Một tụ điện $5000\mu \text{F}$ được gắn vào hai đầu một nguồn điện không đổi có hiệu điện thế 3 V.

b) Một tụ điện $5000\mu \text{F}$ được gắn vào hai đầu một nguồn điện không đổi có hiệu điện thế 230 V.

So sánh năng lượng tích trữ trong các trường hợp trên.

Hướng dẫn giải

a) Năng lượng tích trữ của tụ điện là: $W=\frac{1}{2}C{U}^2=\frac{1}{2}\cdot 5000\cdot {10}^{-6}\cdot 3^2=\mathrm{0,0225}\text{ J}$.

b) Năng lượng tích trữ của tụ điện là: $W=\frac{1}{2}C{U}^2=\frac{1}{2}\cdot 5000\cdot {10}^{-6}\cdot {230}^2=\mathrm{132,25}\text{ J}$.

Vậy tụ điện $5000\mu \text{F}$ tích điện tới 230 V tích trữ nhiều năng lượng hơn.

3. Bài tập

Câu 1: Năng lượng của tụ điện được xác định bởi công nào nào sau đây?

A. $W=\frac{1}{2}Q{U}^2$.    

B. $W=\frac{1}{2}CU$.      

C. $W=C{U}^2$.        

D. $W=\frac{1}{2}\frac{Q^2}{C}$.

Đáp án đúng là D

Câu 2: Trên vỏ một tụ điện có ghi 20 pF – 200 V. Tụ điện tích trữ được năng lượng tối đa là

A. 4.10^-7 J.           

B. 8.10^-7 J.           

C. 4.10^-4 J.           

D. 4.10⁵ J.

Đáp án đúng là A

Câu 3: Với một tụ điện xác định, nếu hiệu điện thế giữa hai đầu tụ tăng 2 lần thì năng lượng điện trường của tụ

A. tăng 2 lần.                 

B. tăng 4 lần.                 

C. không đổi.       

D. giảm 4 lần.

Đáp án đúng là B

Câu 4: Trong một đèn flash chụp ảnh đơn giản, người ta sử dụng một tụ điện để có thể phát ra một chùm sáng với cường độ đủ lớn trong thời gian ngắn. Giả sử tụ điện được sử dụng có điện dung 0,20 F được sạc bằng pin 9,0 V, sau đó tụ phóng điện trong 0,001 s. Công suất phóng điện của tụ là

A. 8,1 W.             

B. 8100 W.           

C. 810 W.             

D. 81 W.

Đáp án đúng là B

Câu 5. Hai đầu tụ 20 μF có hiệu điện thế 5V thì năng lượng tụ tích được là

A. 0,25 mJ.                   

B. 500 J.                       

C. 50 mJ.                      

D. 50 μJ.

Đáp án đúng là: A

Câu 6. Một tụ điện được tích điện bằng một hiệu điện thế 10 V thì năng lượng của tụ là 10 mJ. Nếu muốn năng lượng của tụ là 22,5 mJ thì hai bản tụ phải có hiệu điện thế là

A. 15 V.                        

B. 7,5 V.                       

C. 20 V.                        

D. 40 V.

Đáp án đúng là: A

Câu 7: Tụ điện có điện dung 2μF có khoảng cách giữa hai bản tụ là 1cm được tích điện với nguồn điện có hiệu điện thế 24V. Ngắt tụ khỏi nguồn và nối hai bản tụ bằng dây dẫn thì năng lượng tụ giải phóng ra là:

A. 5,76.10^-4 J.                

B. 1,152.10^-3 J.              

C. 2,304.10^-3 J.              

D. 4,217.10^-3 J.

Đáp án đúng là: A

Câu 8: Một tụ điện phẳng có điện môi là không khí có điện dung là 2 μF, khoảng cách giữa hai bản tụ là 1 mm. Biết điện trường giới hạn đối với không khí là 3.10⁶ V/m. Năng lượng tối đa mà tụ tích trữ được là:

A. 4,5 J.                        

B. 9 J.                           

C. 18 J.                         

D. 13,5 J.

Đáp án đúng là B

Câu 9: Hai tụ giống nhau có điện dung C ghép nối tiếp nhau và nối vào nguồn một chiều hiệu điện thế U thì năng lượng của bộ tụ là W_t, khi chúng ghép song song và nối vào hiệu điện thế cũng là U thì năng lượng của bộ tụ là W_s. ta có:  

A. W_t = W_s.                   

B. W_s = 4W_t.                 

C. W_s = 2W_t.                 

D. W_t = 4W_s.

Đáp án đúng là B

Câu 10: Một bộ tụ điện gồm 10 tụ điện giống nhau (C = 8 µF) ghép nối tiếp với nhau. Bộ tụ điện được nối với hiệu điện thế không đổi U = 150 (V). Độ biến thiên năng lượng của bộ tụ điện sau khi có một tụ điện bị đánh thủng là:

A. ΔW = 9 (mJ).            

B. ΔW = 10 (mJ).          

C. ΔW = 19 (mJ).          

D. ΔW = 1 (mJ).

Đáp án đúng là D

Xem thêm các bài viết về công thức Vật Lí 11 sách mới hay, chi tiết khác:

• Công thức cường độ dòng điện

• Công thức vận tốc trôi

• Công thức điện trở. Định luật Ohm

• Công thức các yếu tố ảnh hưởng lên điện trở

• Công thức suất điện động và điện trở trong của nguồn điện

---