Điện dung của tụ điện là gì? Công thức và bài tập vận dụng?

1. Điện dung của tụ điện là gì?

Điện dung của tụ điện là một trong những đại lượng quan trọng nhất trong lĩnh vực điện tử. Tính chất này xác định khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện, dựa trên sự khác biệt về điện áp giữa hai bản kim loại của nó. Điện dung của tụ điện được tính bằng công thức điện dung = điện tích / chênh lệch điện áp.

Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm vật liệu của bản kim loại, kích thước và hình dạng của tụ điện. Những yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện, và do đó, ảnh hưởng đến giá trị điện dung của nó.

Điện dung được đo bằng đơn vị farat (F), và thường được biểu thị bằng các đơn vị nhỏ hơn như microfarat (μF), nanofarat (nF) và picofarat (pF). Trong thực tế, các giá trị điện dung thường rất nhỏ, và do đó, các đơn vị nhỏ hơn thường được sử dụng để biểu thị chúng.

Trong các ứng dụng điện tử, điện dung của tụ điện được sử dụng để lưu trữ và giữ năng lượng điện. Các loại tụ điện như electrolytic capacitor, ceramic capacitor hay tantalum capacitor được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử để lưu trữ và cấp điện năng cho các thiết bị điện tử.

Ngoài ra, điện dung của tụ điện cũng được sử dụng trong các ứng dụng y tế và công nghiệp. Ví dụ như trong các thiết bị xạ trị, nơi nó được sử dụng để cung cấp động năng điện cho các thiết bị này. Nó cũng được sử dụng trong các máy móc lớn để cấp điện.

Vì điện dung của tụ điện là một đại lượng quan trọng trong nhiều ứng dụng điện tử và công nghiệp, nó thường được thảo luận và nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý điện tử và kỹ thuật điện tử. Nhiều người đã nghiên cứu và phát triển các loại tụ điện mới với các tính chất điện dung tốt hơn và độ ổn định cao hơn, giúp nâng cao hiệu suất trong các ứng dụng điện tử và công nghiệp.

2. Công thức tính điện dung của tụ điện: 

Tụ điện là một thiết bị điện tử rất quan trọng trong nhiều ứng dụng, từ điện tử đến điều khiển và các thiết bị điện tử khác. Tụ điện được sử dụng để lưu trữ điện tích và cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử, giúp chúng hoạt động một cách ổn định và hiệu quả.

Công thức tính điện dung của tụ điện là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực điện tử. Điện dung của tụ điện được đo bằng đơn vị Farad (F), và nó phụ thuộc vào diện tích của lá dẫn, khoảng cách giữa hai lá dẫn và hằng số điện trường. Công thức tính điện dung của tụ điện là:

Trong đó:

– C là ký hiệu điện dung của tụ điện (F).

– q là điện tích của tụ điện.

– U là ký hiệu của hiệu điện thế giữa 2 bản tụ (V).

Công thức này áp dụng cho tụ điện song song với hai lá dẫn phẳng, tròn hoặc hình trụ. Tuy nhiên, các loại tụ điện khác có thể có công thức tính điện dung khác nhau.

Việc tính toán điện dung của tụ điện là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và chức năng của tụ điện trong các ứng dụng khác nhau. Chẳng hạn, trong các mạch lọc, tụ điện được sử dụng để loại bỏ tín hiệu nhiễu và cung cấp tín hiệu ổn định. Ngoài ra, các tụ điện còn được sử dụng trong các mạch cung cấp điện, mạch chuyển đổi và các mạch đo lường.

Nếu bạn muốn biết thêm về các ứng dụng và tính toán tụ điện, hãy tham khảo thêm tài liệu và tài nguyên liên quan đến lĩnh vực này. Việc nắm vững kiến thức về tụ điện sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các thiết bị điện tử và cách chúng hoạt động, từ đó giúp bạn sử dụng chúng một cách hiệu quả hơn.

3. Các loại tụ điện phổ biến hiện nay là gì?

Tụ điện là một thành phần không thể thiếu trong rất nhiều thiết bị điện tử và điện sinh học. Tụ điện được sử dụng để lưu trữ và phân phối năng lượng điện để đáp ứng nhu cầu của các thiết bị khác nhau. Hiện nay, có rất nhiều loại tụ điện khác nhau, mỗi loại được thiết kế để phù hợp với nhu cầu sử dụng và các ứng dụng khác nhau. Dưới đây là một số loại tụ điện phổ biến hiện nay:

3.1. Tụ hóa: 

Tụ hóa là một loại tụ điện có hình dạng trụ và được phân cực âm và dương. Tụ hóa được thiết kế để có thể chịu được điện áp cao và có thể có giá trị điện dung từ 0,47 µF đến 4700 µF. Một trong những đặc điểm nổi bật của loại tụ này là giá trị điện dung có thể được xem trên thân tụ, giúp cho việc đọc và kiểm tra giá trị điện dung trở nên dễ dàng hơn.

3.2. Tụ gốm, tụ giấy và tụ mica: 

Tụ gốm, tụ giấy và tụ mica là các loại tụ điện khác có hình dạng dẹt, không phân cực âm và dương. Các loại tụ này thường có giá trị điện dung nhỏ hơn so với tụ hóa, khoảng 0,47 µF. Tuy nhiên, chúng vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị nhỏ gọn và có yêu cầu về kích thước nhỏ gọn.

3.3. Tụ xoay: 

Tụ xoay là một loại tụ điện đặc biệt có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung. Loại tụ này thường được sử dụng trong các thiết bị điều chỉnh tần số và bộ lọc. Với tính năng xoay linh hoạt, tụ xoay có thể được điều chỉnh để phù hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau.

3.4. Tụ Lithium ion: 

Tụ Lithium ion là một loại tụ điện có năng lượng rất lớn và thường được sử dụng để tích điện 1 chiều. Loại tụ này có khả năng chứa nhiều điện năng hơn so với các loại tụ khác, giúp cho các thiết bị như điện thoại di động, máy tính bảng, máy ảnh số,… hoạt động lâu hơn và tiết kiệm hơn.

Ngoài ra, còn rất nhiều loại tụ điện khác như tụ điện điều khiển, tụ điện cực thấp, tụ điện điện hóa,… Mỗi loại tụ điện đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Việc hiểu rõ về các loại tụ điện này sẽ giúp cho việc chọn lựa và sử dụng các thiết bị điện tử trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

4. Bài tập vận dụng: 

Câu 1. Một tụ điện có điện dung C = 6 (μF) được mắc vào nguồn điện 100 (V). Sau khi ngắt tụ điện khỏi nguồn, do có quá trình phóng điện qua lớp điện môi nên tụ điện mất dần điện tích. Nhiệt lượng toả ra trong lớp điện môi kể từ khi bắt đầu ngắt tụ điện khỏi nguồn điện đến khi tụ phóng hết điện là:

A. 0,3 (mJ)

B. 30 (kJ)

C. 30 (mJ)

D. 3.10⁴ (J)

Đáp án: C

Câu 2. Tìm phát biểu sai

A. Điện dung của tụ điện đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định

B. tụ điện là dụng cụ thường dùng để tích và phóng điện trong mạch

C. Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và cách nhau bởi một lớp cách điện

D. Điện tích Q mà tụ điện tích được tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế đặt giữa hai bản của nó

Câu 3. Trường hợp nào dưới đây tạo thành một tụ điện?

A. Hai bản bằng nhôm phẳng đặt song song giữa hai bản là một lớp giấy tẩm dung dịch NaOH

B. Hai bản bằng nhựa phẳng đặt song song giữa hai bản là một lớp giấy tẩm paraphin

C. Hai bản bằng nhôm phẳng đặt song song giữa hai bản là một lớp giấy tẩm paraphin

D. Hai bản bằng thủy tinh phẳng đặt song song giữa hai bản là một lớp giấy tẩm dung dịch muối ăn.

Câu 4. Một tụ điện có điện dung 2µF được tích điện ở hiệu điện thế 12V. Năng lượng điện trường dự trữ trong tụ điện là:

A. 144J

B. 1,44.10^-4J

C. 1,2.10^-5J

D. 12J

B. 5.10^-3C

C. 5000C

D. 2C

Câu 6. Một tụ điện phẳng có điện dung 6µF. Sau khi được tích điện , năng lượng điện trường dự trữ trong tụ điện là 1,875.10^-3J. Điện tích của tụ điện là:

A. 1,06.10^-4C

B. 1,06.10^-3C

C. 1,5.10^-4C

D. 1,5.10^-3C

A. 1,5.10⁵V/m

B. 1,5.10⁴V/m

C. 2,25.10⁴V/m

D. 2,25.10⁵V/m

Câu 8. Một tụ điện phẳng có điện dung 4,8nF được tích điện ở hiệu điện thế 200V thì số electron đã di chuyển đến bản tích điện âm của tụ điện là:

A. 4.10¹²

B. 4.10²¹

C. 6.10²¹

D. 6.10¹²

Đáp án: D

Câu 9. Tụ điện có điện dung C₁ = 2µF được tích điện ở hiệu điện thế 12V. Tụ điện có điện dung C₂ = 1µF được tích điện ở hiệu điện thế 15V . Sau đó ngắt hai tụ điện ra khỏi nguồn điện và mắc các bản cùng dấu của hai tụ với nhau. Điện tích của mỗi tụ sau khi nối là:

A. Q’₁=2,6C; Q’₂=1,3C

B. Q’₁=2,6.10^-5C; Q’₂=1,3.10^-5C

C. Q’₁=2,4.10^-5C; Q’₂=1,5.10^-5C

D. Q’₁=2,4C; Q’₂=1,5C

Câu 10. Một tụ điện phẳng được mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 50 (V). Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp hai lần thì

A. Điện tích của tụ điện không thay đổi.

B. Điện tích của tụ điện tăng lên hai lần.

C. Điện tích của tụ điện giảm đi hai lần.

D. Điện tích của tụ điện tăng lên bốn lần.

Câu 11. Một tụ điện phẳng được mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 50 (V). Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp hai lần thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ có giá trị là:

A. U = 50 (V)

B. U = 100 (V)

C. U = 150 (V)

D. U = 200 (V)

Câu 12. Hai tụ điện có điện dung C₁ = 0,4 (μF), C₂ = 0,6 (μF) ghép song song với nhau. Mắc bộ tụ điện đó vào nguồn điện có hiệu điện thế U < 60 (V) thì một trong hai tụ điện đó có điện tích bằng 3.10^-5 (C). Hiệu điện thế của nguồn điện là:

A. U = 75 (V)

B. U = 50 (V)

C. U = 7,5.10^-5 (V)

D. U = 5.10^-4 (V)

Câu 13. Bộ tụ điện gồm ba tụ điện: C₁ = 10 (μF), C₂ = 15 (μF), C₃ = 30 (μF) mắc nối tiếp với nhau. Điện dung của bộ tụ điện là:

A. C_b = 5 (μF).

B. C_b = 10 (μF).

C. C_b = 15 (μF).

D. C_b = 55 (μF).

Câu 14. Bộ tụ điện gồm ba tụ điện: C₁ = 10 (μF), C₂ = 15 (μF), C₃ = 30 (μF) mắc song song với nhau. Điện dung của bộ tụ điện là:

A. C_b = 5 (μF).

B. C_b = 10 (μF).

C. C_b = 15 (μF).

D. C_b = 55 (μF).

Câu 15. Bộ tụ điện gồm hai tụ điện: C₁ = 20 (μF), C₂ = 30 (μF) mắc nối tiếp với nhau, rồi mắc vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 60 (V). Điện tích của bộ tụ điện là:

A. Q_b= 3.10^-3C

B. Q_b= 1,2.10^-3C

C. Q_b= 1,8.10^-3C

D. Q_b= 7,2.10^-4C

Câu 16. Bộ tụ điện gồm hai tụ điện: C₁ = 20 (μF), C₂ = 30 (μF) mắc nối tiếp với nhau, rồi mắc vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 60 (V). Điện tích của mỗi tụ điện là:

A. Q₁= 3.10^-3C và Q₂= 3.10^-3C

B. Q₁= 1,2.10^-3C và Q₂= 1,8.10^-3C

C. Q₁= 1,8.10^-3C và Q₂= 1,2.10^-3C

D. Q₁= 7,2.10^-4C và Q₂= 7,2.10^-4C

Câu 17. Bộ tụ điện gồm hai tụ điện: C₁ = 20 (μF), C₂ = 30 (μF) mắc nối tiếp với nhau, rồi mắc vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 60 (V). Hiệu điện thế trên mỗi tụ điện là:

A. U₁= 60(V) và U₂= 60(V)

B. U₁= 15(V) và U₂= 45(V)

C. U₁= 45(V) và U₂= 15(V)

D. U₁= 30(V) và U₂= 30(V)

Câu 18. 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 = 60 (V). Hiệu điện thế trên mỗi tụ điện là:

A. U₁= 60(V) và U₂= 60(V)

B. U₁= 15(V) và U₂= 45(V)

C. U₁= 45(V) và U₂= 15(V)

D. U₁= 30(V) và U₂= 30(V)

Câu 19. 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 = 60 (V). Điện tích của mỗi tụ điện là:

A. Q₁= 3.10^-3C và Q₂= 3.10^-3C

B. Q₁= 1,2.10^-3C và Q₂= 1,8.10^-3C

C. Q₁= 1,8.10^-3C và Q₂= 1,2.10^-3C

D. Q₁= 7,2.10^-4C và Q₂= 7,2.10^-4C

Câu 20. Phát biểu nào sau đây là đúng

A. Sau khi nạp điện, tụ điện có năng lượng, năng lượng đó tồn tại dưới dạng hoá năng.

B. Sau khi nạp điện, tụ điện có năng lượng, năng lượng đó tồn tại dưới dạng cơ năng.

C. Sau khi nạp điện, tụ điện có năng lượng, năng lượng đó tồn tại dưới dạng nhiệt năng.

D. Sau khi nạp điện, tụ điện có năng lượng, năng lượng đó là năng lượng của điện trường trong tụ điện.

Câu 21. Một tụ điện có điện dung C, được nạp điện đến hiệu điện thế U, điện tích của tụ là Q. Công thức xác định mật độ năng lượng điện trường trong tụ điện là: