Toàn bộ kiến thức về tụ điện
1. Tụ điện là gì?
- Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách
điện. Mỗi vật dẫn đó gọi là một bản của tụ điện.
- Nó dùng để chứa điện tích.
- Tụ điện được dùng phổ biến là tụ điện phẳng. Cấu tạo của tụ điện phẳng gồm hai
bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.
2. Cách tích điện cho tụ điện.
- Muốn tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện
- Bản nối cực dương sẽ tích điện dương, bản nối cực âm sẽ tích điện âm.
- Độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện khi đã tích điện gọi là điện tích của tụ điện.
3. Công dụng của tụ điện
Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng điện,
lưu trữ điện tích hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc qui. Tuy
nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có
thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều (điện dung
của tụ càng lớn) thì dung kháng càng nhỏ. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.
Hơn nữa, do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn
điện áp 1 chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền tí hiệu giữa các tầng
khuyếch đại có chênh lệch điện thế.
Tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.
Và nhiều hơn nữa những công dụng của tụ điện nữa mà Kocher muốn chia sẻ. Chính
vì tác dụng của tụ điện có quá nhiều ưu điểm đến việc lưu trữ và khả năng lọc, phóng
nạp nên nó được ứng dụng vào thực tế với rất nhiều công trình.
4. Các loại tụ điện
+ Người ta lấy tên của lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện : tụ không khí, tụ giấy, tụ
mica, tụ sứ, tụ gốm,…
+ Người ta còn chế tạo tụ điện có điện dung thay đổi được (còn gọi là tụ xoay ).
5. Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Nguyên lý phóng nạp của tụ điện được hiểu là khả năng tích trữ năng lượng điện như
một ắc qui nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường. Nó lưu trữ hiệu quả các electron
và phóng ra các điện tích này để tạo ra dòng điện. Nhưng nó không có khả năng sinh
ra các điện tích electron. Đây cũng là điểm khác biệt lớn của tụ điện với ắc qui.
Nguyên lý nạp xả của tụ điện là tính chất đặc trưng và cũng là điều cơ bản trong
nguyên lý làm việc của tụ điện. Nhờ tính chất này mà tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều.
Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian
mà ta cắm nạp hoặc xả tụ rất dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện
tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến.
6. Điện dung của tụ điện
Điện tích Q mà một tụ điện nhất định tích được tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt giữa hai bản của nó. Q = CU hay
Đại lượng C được gọi là điện dung của tụ điện. Nó đặc trưng cho khả năng tích điện
của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Thật vậy, dưới một hiệu điện thế U nhất
định, tụ có điện dung C sẽ tích được điện tích Q lớn.
Vậy : Điện dung của tụ điện được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện
và hiệu điện thế giữa hai bản của nó.
7. Đơn vị điện dung
rong công thức (6.1) nếu Q đo bằng đơn vị Cu-lông (C), U đo bằng đơn vị là Vôn (V)
thì C đo bằng đơn vị fara (kí hiệu là F).
Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt giữa hai bản của nó hiệu điện thế 1 V
thì nó tích được điện tích 1 C.
Các tụ điện thường dùng chỉ có điện dung từ 10-12 F đến 10-6 F. Vì vậy ta thường dùng các ước của fara:
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.
8. Năng lượng của điện trường trong tụ điện
Người ta chứng minh được công thức tính năng lượng của điện trường trong tụ điện: