Công thức tụ điện (hay, chi tiết)

Công thức tính tụ điện Vật Lí lớp 9 sẽ giúp học sinh nắm vững công thức, biết cách làm bài tập từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi Vật Lí 9.

Bài viết Công thức tính tụ điện gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và 3 Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính tụ điện Vật Lí 9.

1. Định Nghĩa

- Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Tụ điện dùng để chứa điện tích.

 

- Điện dung của tụ điện (C) là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế xác định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

2. Công thức

- Điện dung của tụ điện ;

- Trong đó:

C: Điện dung của tụ đo bằng đơn vị fara (F).

U: Hiệu điện thế (V) 

Q: Điện tích (C)

- Đổi đơn vị: 1 micrôfara (kí hiệu là μF) = 1.10^-6 F.

                      1 nanôfara (kí hiệu là nF) = 1.10^-9 F.

                      1  picôfara (kí hiệu là pF) = 1.10^-12 F.

3. Mở rộng

- Từ công thức C suy thêm ra công thức tính Q và U

 

- Trong đó:

C: Điện dung của tụ đo bằng đơn vị fara (F).

U: Hiệu điện thế (V) 

Q: Điện tích (C)

- Tụ điện ghép nối tiếp

Q = Q₁ = Q₂ = ... = Q_n

UAB = U₁ + U₂ + ... + U_n

 

- Tụ điện ghép song song 

 Q + Q₁ + Q₂ + ... + Q_n

UAB = U₁ = U₂ = ... = U_n
C = C₁ + C₂ + ... + C_n

- Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:

 

Trong đó:

+ S: Diện tích đối diện giữa 2 bản (m²) 

+ d: Khoảng cách hai bản tụ (m)

+ ε Hằng số điện môi của môi trường giữa hai bản tụ

- Bài toán khác: 

+ Nối tụ vào nguồn: U = hằng số

+ Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số

           

4. Bài tập minh họa

Bài tập 1: Hai bản tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách giữa các bản là d = 2mm. Giữa hai bản là không khí. Có thể tích điện cho tụ điện một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng ? Biết rằng điện trường lớn nhất mà không khí chịu được là 3.1053.105 V/m 

Hướng dẫn giải:

Điện dung của tụ điện

Hiệu điện thế lớn nhất có thể đặt vào hai đầu bản tụ là

U = E. d = 3.10⁵.0,002 = 600V

Điện tích lớn nhất tụ tích đươc để không bị đánh thủng là

Q = C. U = 5.10^-9.600 = 3.10^-6 C

Bài tập 2: Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 4V thì tụ tích được điện lượng là 2μC. Nếu đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10V thì tụ tích được điện lượng bằng bao nhiêu? 

Hướng dẫn giải:

Ta có: 

Khi đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10V thì tụ tích được điện lượng là: 

Q = CU' = 0,5.10^-6.10 = 5.10^-6 C.

Bài tập 3:Một tụ điện phẳng không khí có điện dung C = 500pF được tích điện đến hiệu điện thế U = 300 V. Ngăt tụ khỏi nguồn, nhúng vào chất điện môi lỏng ε = 2. Hiệu điện thế của tụ lúc đó là bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải:

- Khi đặt trong không khí điện tích của tụ là 

Q = CU = 500.10^-12.300 = 1,5.10^-7 C

- Ngắt tụ khỏi nguồn và nhúng vào chất điện môi thì:

+  Điện tích trên tụ là không đổi Q '= Q = 1,5.10^-7 C

+ Điện dung của tụ

 

=> Hiệu điện thế lúc này là

 

5. Bài tập tự luyện

Câu 1: 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.

Câu 2: Để tụ tích một điện lượng 10 nC thì đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 2V. Để tụ đó tích được điện lượng 2,5 nC thì phải đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế

A. 500 mV.

B. 0,05 V.

C. 5V.

D. 20 V.

Câu 3: Một tụ điện không khí có điện dung 40 pF và khoảng cách giữa hai bản là 2 cm. Tính điện tích tối đa có thể tích điện cho tụ, biết rằng khi cường độ điện trường trong không khí lên đến 3.10⁶ V/m thì không khí sẽ trở thành dẫn điện

A. 1,2 μC

B. 1,5 μC

C. 1,8 μC

D. 2,4 μC

Câu 4: 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.

Câu 5: Một tụ điện có điện dung là bao nhiêu thì tích lũy một năng lượng 0,0015J dưới một hiệu điện thế 6V:

A. 83,3μF

B. 1833 μF

C. 833nF

D. 833pF

Câu 6: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 1000 pF và khoảng cách giữa hai bản tụ là 2 mm. Tích điện cho tụ điện dưới hiệu điện thế 60 V. Điện tích của tụ điện và cường độ điện trường trong tụ điện lần lượt là

A. 60 nC và 60 kV/m

B. 6 nC và 60 kV/m

C. 60 nC và 30 kV/m

D. 6 nC và 6 kV/m

Câu 7: Một tụ điện có thể chịu được điện trường giới hạn là 3.10⁶ V/m, khoảng cách giữa hai bản tụ là 1mm, điện dung là 8,85.10^-11 F. Hỏi hiệu điện thế tối đa có thể đặt vào hai bản tụ là bao nhiêu:

A. 3000 V

B. 300 V

C. 30000 V

D. 1500 V

Câu 8: Bộ tụ điện gồm hai tụ điện: C₁ = 20 µF, C₂ = 30 µF mắc song song với nhau, rồi mắc vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 6 V. Tỉ số năng lượng điện trường của tụ C₁ và C₂ có giá trị:

A. $\frac{2}{3}$

B. $\frac{3}{2}$

C. $\frac{4}{9}$

D. $\frac{9}{4}$

Câu 9: Bộ tụ điện trong đèn chụp ảnh có điện dung 750 μF được tích điện đến hiệu điện thế 330 V. Mỗi lần đèn lóe sáng tụ điện phóng điện trong thời gian 5 ms. Tính công suất phóng điện của tụ điện:

A. 5,17 kW

B. 6,17 kW

C. 8,17 W

D. 8,17 kW

Câu 10: Một tụ điện điện dung 24 nF tích điện đến hiệu điện thế 450 V thì có bao nhiêu electron mới di chuyển đến bản âm của tụ điện:

A. 575.10¹¹ electron

B. 675.10¹¹ electron

C. 775.10¹¹ electron

D. 875.10¹¹ electron

Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 11 quan trọng hay khác:

• Công thức tính tụ điện mắc nối tiếp

• Công thức tính tụ điện mắc song song

• Công thức tính năng lượng tụ điện

• Công thức tính lực tĩnh điện

• Công thức định luật Cu - lông

---