Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện SVIP

I. THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

1. Công của lực điện trường

 Chuyển động của điện tích dương \(q\) từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều

Trong điện trường đều, công của lực điện khi dịch chuyển điện tích \(q\) từ điểm M đến điểm N được xác định bằng:

\(A_{MN}=qEd\)

Trong đó: \(d\) là độ dài đại số của đoạn MM' (hình chiếu của đoạn MN trên một đường sức điện).

2. Thế năng

Thế năng điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi tác dụng lên điện tích $q$ đặt tại một điểm.

\(W_{M}=qEd\)

Trong đó:

• $d$ là khoảng cách từ M đến bản cực âm.
• \(W_M\) là thế năng của điện tích $q$ tại điểm M.

Nếu điện tích $q$ ở trong điện trường bất kì thì ta lấy thế năng bằng công của lực điện khi di chuyển điện tích $q$ từ M ra xa vô cùng.

\(W_{M}=A_{M\infty}\)

II. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ

1. Điện thế

Điện thế tại một điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về mặt thế năng:

\(V_{M}=\dfrac{A_{M\infty}}{q}\)

Đơn vị của điện thế là vôn (V), kilôvôn (kV) với 1 kV = 1000 V.

2. Hiệu điện thế

Hiệu điện thế \(U_{MN}\) là hiệu của điện thế tại M và điện thế tại N, đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường:

\(U_{MN}=V_{M}-V_{N}=\frac{A_{MN}}{q}\)

Đơn vị của hiệu điện thế cũng là vôn (V).

3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế

Cường độ điện trường tại một điểm M có độ lớn được xác định bằng độ giảm điện thế trên mỗi đơn vị độ dài theo hướng của đường sức điện:

\(E_M=E_N=E=\dfrac{U_{MN}}{d_{MN}}=\dfrac{V_M-V_N}{MN}\)       

III. TỤ ĐIỆN

1. Khái niệm về tụ điện

Tụ điện là linh kiện gồm hai vật dẫn điện đặt gần nhau, ngăn cách bằng lớp cách điện gọi là điện môi. Mỗi vật dẫn gọi là bản tụ.

Kí hiệu của tụ điện trong mạch điện:

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

 Một số loại tụ điện

- Khi tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản tụ với hai cực của nguồn điện một chiều: bản nối với cực dương tích điện dương, bản nối với cực âm tích điện âm. Hai bản tụ mang điện tích trái dấu nhưng có độ lớn bằng nhau. Độ lớn điện tích này gọi là điện tích của tụ điện.

- Sau khi tụ điện được tích điện, nếu ngắt nguồn và nối hai bản tụ qua điện trở (hoặc bóng đèn), dòng điện sẽ xuất hiện do tụ phóng điện, làm điện tích trên tụ giảm nhanh. Quá trình này gọi là sự phóng điện của tụ điện.

 Tích điện cho tụ điện

2. Điện dung của tụ điện

Điện dung của tụ điện là một hằng số đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định, kí hiệu là $C$.

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

Trong đó:

• \(C\) là điện dung của tụ điện, đơn vị là fara (F).
• \(Q\) là điện tích, đơn vị là culông (C).
• \(U\) là hiệu điện thế, đơn vị là vôn (V).

\(\rarr\) 1 fara (F) là điện dung của một tụ điện khi đặt hiệu điện thế 1 vôn (V) vào hai bản tụ thì tụ tích được điện tích 1 culông (C) trên mỗi bản.

❗ Một số đơn vị của điện dung

• 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.

3. Điện dung của bộ tụ điện ghép song song

Bộ tụ điện ghép song song

Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ được xác định như sau:

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

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

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

4. Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp

Bộ tụ điện ghép nối tiếp

Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ được xác định như sau:

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

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

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

5. Năng lượng của tụ điện

Diện tích tam giác tô màu thể hiện độ lớn năng lượng được lưu trữ trong tụ điện

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:

• \(Q\) là điện tích, đơn vị là culông (C).
• \(U\) là hiệu điện thế, đơn vị là vôn (V).
• \(C\) là điện dung, đơn vị là fara (F).
• \(W\) là năng lượng, đơn vị là jun (J).

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

❗ Em có biết!

Tụ điện phẳng

Tụ điện phẳng là hệ gồm hai bản kim loại có diện tích $S$ bằng nhau, đặt cách nhau một khoảng $d$ và tích điện trái dấu.

Điện dung: \(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\)

với \(\varepsilon\) là hằng số điện môi và $k=9.10^9$ \(\frac{Nm^2}{C^2}\).

Cấu tạo của tụ điện phẳng

Tụ điện xoay

Tụ điện xoay là loại tụ điện có thể thay đổi được điện dung của nó.

Một loại tụ điện xoay