Lý thuyết tụ điện, cấu tạo của tụ điện và ứng dụng thực tiễn

Tụ điện không chỉ là một linh kiện đơn giản mà còn là một phần không thể thiếu trong nhiều thiết bị điện tử. Hãy cùng Kienthucthpt.com tìm hiểu về cấu tạo của tụ điện và các loại tụ điện phổ biến trong bài học này để hiểu biết hơn về những kiến thức vật lý trong chương trình lớp 11 nhé.

Tụ điện là gì?

Khái niệm về tụ điện

Tụ điện là một linh kiện điện tử có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường giữa hai bản cực dẫn điện, được ngăn cách bởi một lớp cách điện gọi là điện môi. 

Một số loại tụ điện

Khi một hiệu điện thế được đặt vào hai bản cực của tụ điện, nó sẽ tích trữ một lượng điện tích tương ứng trên mỗi bản, một bản tích điện dương và bản còn lại tích điện âm.

Mật độ điện tích tự do trong điện môi là rất nhỏ do đó điện môi là những chất không dẫn điện.

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).

Tụ điện có thể tích và phóng điện.

Cấu tạo của tụ điện

– Tụ điện phẳng: 

• Bán cực kim loại
• Chất điện môi

– Tụ điện hình trụ

• Lớp cách nhiệt
• 2 lớp kim loại
• Vỏ alumium
• Vỏ nhựa

Điện dung của tụ điện

Điện dung là gì?

Điện dung là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích trữ điện tích của một tụ điện khi có hiệu điện thế đặt vào hai bản cực. Điện dung cho biết khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường của tụ điện.

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

Trong đó:

– Q được tính bằng đơn vị culong (C)

– U được tính bằng đơn vị vôn (V)

– C được tính bằng đơn vị fara (F).

Điện dung của tụ điện

Khi các tụ điện được nối tiếp, điện dung tổng của cả bộ sẽ nhỏ hơn điện dung của từng tụ riêng lẻ. Công thức tính điện dung tổng trong trường hợp này là:

\(\frac{1}{C_{\text{tổng}}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3} + \dots + \frac{1}{C_n}\)

Trong đó:

• \(C_{\text{tổng}}\) là điện dung tổng của bộ tụ điện,
• \(C_{\text{1}}\),\(C_{\text{2}}\),\(C_{\text{3}}\),…là điện dung của các tụ điện thành phần.

Khi các tụ điện được nối song song, điện dung tổng của cả bộ sẽ bằng tổng điện dung của từng tụ điện. Công thức tính điện dung tổng trong trường hợp này là:

\(C_{\text{tổng}} = C_1 + C_2 + C_3 + \dots + C_n\)

• \(C_{\text{tổng}}\) là điện dung tổng của bộ tụ điện,
• \(C_{\text{1}}\),\(C_{\text{2}}\),\(C_{\text{3}}\),…là điện dung của các tụ điện thành phần.

Năng lượng của tụ điện – Vật lý 11 KNTT

Năng lượng của tụ điện khi được tích điện với điện tích Q:

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

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.

Những ứng dụng của tụ điện trong đời sống hàng ngày

Tụ điện có rất nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày và trong các thiết bị điện tử. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của tụ điện:

Lọc nhiễu trong mạch điện

Tụ điện được sử dụng để lọc nhiễu trong các mạch điện tử, đặc biệt là trong các thiết bị như máy tính, TV, và điện thoại di động. Tụ điện có khả năng chặn dòng điện xoay chiều (AC) và cho phép dòng điện một chiều (DC) đi qua, giúp loại bỏ nhiễu từ các tín hiệu điện không mong muốn.

Lưu trữ năng lượng

Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện và giải phóng khi cần thiết. Một ví dụ trong đời sống là đèn flash của máy ảnh. Tụ điện trong đèn flash tích trữ năng lượng từ pin và giải phóng nhanh chóng khi cần để tạo ra ánh sáng mạnh trong một thời gian ngắn.

Khởi động động cơ

Trong các thiết bị như máy giặt, tủ lạnh, điều hòa không khí, tụ điện được sử dụng để hỗ trợ khởi động động cơ. Khi động cơ khởi động, tụ điện cung cấp một cú hích năng lượng để giúp động cơ bắt đầu quay.

Cấp nguồn dự phòng tạm thời

Tụ điện được sử dụng trong các mạch điện để cung cấp nguồn điện tạm thời khi nguồn điện chính bị mất. Ví dụ, trong máy tính hoặc các thiết bị lưu trữ dữ liệu, tụ điện có thể duy trì hoạt động trong một thời gian ngắn để tránh mất dữ liệu khi mất điện đột ngột.

Hệ thống điều hòa

Tụ điện trong hệ thống điều hòa không khí hỗ trợ khởi động và duy trì hoạt động của máy nén và quạt gió. Khi tụ điện bị hỏng, điều hòa thường không thể khởi động hoặc hoạt động bình thường.

Tóm lại, tụ điện đóng vai trò quan trọng trong rất nhiều thiết bị và ứng dụng hàng ngày, giúp các hệ thống điện hoạt động hiệu quả, ổn định và an toàn hơn.

Trên đây là những ví dụ tổng quan về tụ điện và cấu tạo của nó một cách ngắn gọn nhất. Hy vọng rằng những thông tin này sẽ giúp các em hiểu sâu hơn về bài học và có thể giải thích các trường hợp trong đời sống.

<<Xem thêm>> Động năng là gì? Động năng, thế năng trong dao động điều hòa