Bài 21: Tụ Điện
I. Lí thuyết
Tụ điện : là hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện.
• tác dụng của tụ điện: chứa điện tích, tích và phóng điện (đèn xoay chiều).
+ Cách tích điện cho tụ điện: nối hai bản của tụ với hai cực của nguồn (hai bản nối với cực (+) sẽ tích điện (+), nối với cực âm sẽ tích điện âm).
+ Tụ điện có điện dung thay đổi gọi là tụ xoay.
Điện dung: đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt 1 HĐT U vào hai bản của tụ.
\(Q = CU\)
Q: là điện tích của tụ (C).
U: là HĐT giữa hai bản tụ (V).
C: điện dung (F).
\(C = \frac{\varepsilon . S}{4\pi k d}\) (Fara). C phụ thuộc vào Q, U.
Mạch điện \(I = \frac{U}{R}\)
ghép nối tiếp
\(I = I_1 = I_2 = I_3\)
\(U_{tđ} = U_1 + U_2\)
\(R_{tđ} = R_1 + R_2\)
ghép song song
\(I = I_1 + I_2\)
\(U = U_1 = U_2\)
\(R = \frac{R_1 R_2}{R_1+R_2}\) or \(\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}\)
Tụ điện \(Q=CU\)
\(Q_1=Q_2=Q_b\)
\(U=U_1=U_2\)
ghép nối tiếp
\(U_b = U_1+U_2\)
\(\frac{1}{C_b} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}\)
ghép song song
\(Q_b=Q_1+Q_2\)
\(C_b = C_1+C_2\)
Năng lượng của tụ cũng chính là năng lượng điện trường trong tụ
Công thức tính năng lượng điện trường trong tụ điện:
\(W = \frac{1}{2}CU^2\) (chú ý: chỉ có U thôi chứ còn lại không có bình phương)
\(W = \frac{Q^2}{2C} = \frac{1}{2}QU\)
Note: Quan trọng để làm bài tập
• Ngắt tụ thì Q không đổi (ngắt tụ / tháo bỏ nguồn điện)
• (Vẫn nối tụ (nối tụ điện vào nguồn) thì U không đổi)
một số dạng và phương án làm bài tập nâng cao
1. Ngắt tụ khỏi nguồn rồi nối vào hai bản của tụ điện
⇒ Q không đổi. Ta dùng Q xuyên suốt luôn.
⇒ có mắc vào hai bản của tụ "..." tức là mắc //.
còn "mắc 1 đầu vào 1 bản của tụ" → mắc n.t (nối tiếp).
2. + Nối hai bản tụ mang điện tích cùng dấu với hai bản đó với nhau ⇒ \(Q_b = Q_1+Q_2\).
+ Nối hai bản tụ mang điện tích khác dấu của hai bản đó với nhau ⇒ \(Q_b = |Q_1-Q_2|\)
+ Hiệu điện thế không đổi khi (nối cùng dấu).
+ còn trong dạng bài này nếu nối trái dấu → Q, U đổi
⇒ tính \(U_b = \frac{Q_b}{C_b}\) cho nhanh và đỡ nhầm lẫn (đối với dạng bài tập này).
Bài 22: Cường độ dòng điện
Khái niệm
Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện và được xác định bằng thương số giữa điện lượng Δq dịch chuyển qua tiết diện trong khoảng thời gian Δt và khoảng thời gian đó.
\(I = \frac{\Delta q}{\Delta t}\) (A / C/s)
- electron tự do vì chúng có thể chuyển động tự do về mọi hướng.
- Khi dây dẫn được nối với nguồn điện thì dây dẫn xuất hiện điện trường.
- Dưới tác dụng của lực điện trường
+ các e mang điện tích âm dịch chuyển ngược hướng điện trường từ đó tạo ra dòng điện.
- Chiều dòng điện : là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương.
Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường.
⇒ Bản chất ≠ chiều dòng điện (lưu ý nhé).
\(I = S.v.n.e\)
Dòng điện là đại lượng vô hướng
trong đó:
I(A)
S là tiết diện dây (\(m^2\))
n: là mật độ electron (\(hạt/m^3\))
v: là vận tốc (m/s)
e: là độ lớn điện tích electron (C)
Tác dụng của dòng điện
Tác dụng nhiệt: nóng lên.
Tác dụng phát sáng.
Từ: gây ra lực từ lên nam châm đặt gần nó.
Sinh lí: đi qua cơ thể người và động vật.
Hóa học: điện phân, dòng điện phân là thành các ion dương và âm để di chuyển giữa hai điện cực.
- không phải là dòng điện không đổi: mạch điện thắp sáng đèn xe đạp với đinamo.
- là dòng điện không đổi: "điện Pin".
- dòng điện qua ampe kế qua vào chốt dương ra âm.
④ thông số 1000mAh (ghi trên pin acquy và sạc dự phòng) được gọi là dung lượng của thiết bị nạp điện. Nếu xả pin với 1000mA thì sau 1h thiết bị sạc sẽ hết điện.
Bài tập
+ Dòng điện không đổi: Chiều và cường độ không đổi.
+ Dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các điện tích tự do.
Dạng bài tập trong \(\Delta t_1\) được điện tích \(q_1\). Tiếp theo trong \(\Delta t_2\) được điện tích \(q_2\). Tính cường độ dòng điện trong cả hai khoảng thời gian đó.
Giải: Áp dụng công thức ta có \(I = \frac{\Delta q}{\Delta t} = \frac{q_1+q_2}{\Delta t_1+\Delta t_2}\)
② Công thức giải bài tập: \(I = \frac{q}{t} = \frac{n.e}{t} = \frac{(n_1+n_2)e}{t}\)
Với \(n_1\) và \(n_2\) là số phân tử trong dây dẫn đó dịch chuyển về âm và về dương (ngược hướng nhau).
\(n = \frac{N}{N_A}\)
N là mật độ electron
\(N_A\) là hằng số avogadro
n: số mol
③ Trong bài này mật độ e = mật độ phân tử (tức là lấy N thay vào công thức \(I = svne\) đó).
Công thức tính mật độ dòng điện: \(J = \frac{I}{S} = nve\) (Phụ thuộc vào n, v, e)
Bài 23: Điện trở - Định luật Ohm
④ Đường đặc trưng vôn-ampe: là đường thẳng đi qua gốc tọa độ, có độ dốc càng lớn khi điện trở R càng nhỏ.
④ Áp dụng công thức điện trở mạch để tính.
• Dòng điện chạy qua dây Kim loại tỏa nhiệt.
→ công thức tính điện trở trong 1 dây kim loại: \(R = \rho \frac{l}{S}\) (\(\Omega\))
\(\rho\): điện trở suất
l: chiều dài dây
S: tiết diện dây
④ Nguyên nhân gây ra điện trở trong vật dẫn kim loại.
+ sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của e tự do là nguyên nhân gây ra điện trở R của kim loại.
- Nhiệt độ càng cao → mạng tinh thể càng mất trật tự.
④ Ảnh hưởng nhiệt độ lên R.
+ Khi hiệu điện thế nhỏ, đồ thị đặc trưng Vôn - ampe có dạng là đường thẳng.
+ điện trở nhiệt: NTC, PTC.
Bài 24: Nguồn điện
1/ ĐK để duy trì dòng điện
+ phải có các điện tích tự do.
+ có điện trường (để đẩy các điện tích tự do chuyển động có hướng).
+ có U đặt vào hai đầu vật dẫn điện.
2/ Nguồn điện
Khái niệm: là thiết bị tạo ra và duy trì U → duy trì dòng điện.
Bên trong nguồn điện có lực lạ (lực đẩy tới) làm di chuyển các hạt tải điện (electron, ion) để giữ cho một cực thừa e (-) và một cực thiếu e hoặc thừa ít e hơn bên kia (+).
3/ Suất điện động (E)
- đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện.
- được đo = thương số của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển 1 điện tích dương q ngược chiều điện trường.
Công thức: \(\mathcal{E} = \frac{A}{q}\) (V)
- Mỗi nguồn điện đặc trưng bởi 2 đại lượng (E và r không đổi).
- Để đo E của nguồn ta dùng vôn kế mắc vào hai cực của nguồn khi mạch ngoài để hở.
→ số vôn ghi trên mỗi nguồn cho biết giá trị của suất điện động.
CT: cường độ dòng điện: \(I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}\) (điện trở toàn phần của mạch)
\(\mathcal{E} = I(R_N + r)\)
Độ giảm thế
Tích của I chạy qua 1 đoạn mạch và R của nó được gọi là độ giảm thế (U).
\(U_{AB} = \mathcal{E} - Ir\)
Nguồn điện chạy từ nơi điện thế thấp đến nơi có điện thế cao.
→ khi R=0 → đoản mạch → \(I_{max}\)
Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nối hai cực của nguồn điện chỉ bằng dây dẫn có R rất nhỏ, khi đoản mạch \(I_{max}\) và rất có hại.
Note
\(H = \frac{A_{ci}}{A_{tp}} \times 100 = \frac{U_N}{\mathcal{E}}\)
K mở: \(U_V = \mathcal{E}\)
K đóng: \(U_V = U_{AB}\)
Bài 25: Năng lượng
① Công thức tính điện năng tiêu thụ: \(A = qEd = Uq = UIt\)
② Để đo điện năng tiêu thụ người ta dùng Công tơ điện.
\(1 \text{kWh} = 3,6 \cdot 10^6 \text{ J} = 1 \text{ số điện}\)
③ Công của dòng điện = lượng điện năng tiêu thụ = phần năng lượng chuyển hóa thành cái ≠
\(P = \frac{A}{t}\) (W)
đo công suất: dùng oát kế
công suất dòng điện = P tiêu thụ đoạn mạch
Định luật Jun - len xơ:
Nhiệt tỏa ra trên 1 vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật, với bình phương I và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó.
• Nhiệt lượng: \(Q_{nhiệt} = I^2Rt = UIt\) (J) (giống tính A ở trên)
Công suất tỏa nhiệt: đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt.
① \(P = \frac{Q}{t} = RI^2 = UI = \frac{U^2}{R}\) (giống tính P bình thường)
④ Công của nguồn điện là công của lực lạ làm di chuyển điện tích.
\(A_n = \mathcal{E}It = q\mathcal{E}\)
Công suất nguồn điện: \(P_n = \mathcal{E}I\)
P định mức, U định mức
\(R = \frac{U_{đm}^2}{P_{đm}}\)
tiêu thụ thì dùng U (Nguồn thì thay \(U=\mathcal{E}\))
Hai điểm bất kì được nối với nhau = 1 dây hoặc 1 ampe kế thì 2 điểm đó có cùng điện thế nên có thể 'chập' lại 1 điểm.
