Giải SGK Vật lí 11 Bài 21 (Kết nối tri thức): Tụ điện

Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 21: Tụ điện chi tiết sách Kết nối tri thức giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập môn Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:

Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 21: Tụ điện

Khởi động trang 83 Vật Lí 11: Nếu một chiếc quạt điện gặp trục trặc như: cánh quạt quay chậm hoặc không quay dù vẫn cắm điện; động cơ nóng, rung và có âm thanh bất thường, thì nguyên nhân mà chúng ta cần xem xét là hỏng tụ điện. Vậy tụ điện có cấu tạo như thế nào?

Lời giải:

Tụ điện gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi). Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện.

II. Điện dung của tụ điện

Câu hỏi 1 trang 85 Vật Lí 11: Cho một tụ điện trên vỏ có ghi là 2 µF - 200 V.

a) Đặt vào hai bản tụ điện một hiệu điện thế 36 V. Hãy tính điện tích mà tụ điện tích được.

b) Hãy tính điện tích mà tụ tích được ở hiệu điện thế tối đa cho phép.

Lời giải:

a) Điện tích mà tụ điện tích được dưới hiệu điện thế 36V:

Q'=CU'=2.10−6.36=7,2.10−5C

b) Điện tích mà tụ tích được ở hiệu điện thế tối đa cho phép:

Q=CU=2.10−6.200=4.10−4C

Câu hỏi 2 trang 85 Vật Lí 11: Có hai chiếc tụ điện, trên vỏ tụ điện (A) có ghi 2 µF - 350 V, tụ điện (B) có ghi 2,3 µF - 300 V.

a) Trong hai tụ điện trên khi tích điện ở cùng một hiệu điện thế, tụ điện nào có khả năng tích điện tốt hơn?

b) Khi tích điện lên mức tối đa cho phép thì tụ điện nào sẽ có điện tích lớn hơn?

Lời giải:

a) Điện tích mà tụ tích được tỉ lệ thuận với điện dung của tụ. Khi hai tụ trên vào cùng một hiệu điện thế, thì tụ nào có điện dung lớn hơn sẽ tích điện tốt hơn. Do đó tụ B có khả năng tích điện tốt hơn.

b) Điện tích mà hai tụ tích đến mức tối đa.

QA=CAUA=2.10−6.350=7.10−4C

QB=CBUB=2,3.10−6.300=6,9.10−4C

Tụ A có điện tích lớn hơn.

III. Năng lượng của tụ điện

Câu hỏi trang 88 Vật Lí 11: Có hai chiếc tụ điện, tụ điện D có thông số cơ bản được ghi là 2 mF - 450 V; tụ điện E có thông số cơ bản được ghi là 2,5 - 350 V. Khi các tụ điện trên được tích điện tới mức tối đa cho phép, hãy tính năng lượng của mỗi tụ điện.

Lời giải:

Năng lượng của tụ D: W=CU22=2.10−3.45022=202,5J

Năng lượng của tụ E: W=CU22=2,5.10−6.35022=0,153J

Hoạt động trang 88 Vật Lí 11: Các em hãy sử dụng sách, báo, Internet hoặc các mạng thông tin khác để tìm hiểu, sưu tập một số tụ điện thông dụng. Tiếp theo, các em lựa chọn và sử dụng các thông tin này để xây dựng một báo cáo về Một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống. Dưới đây là một mẫu báo cáo để chúng ta tham khảo.

Lời giải:

Học sinh tham khảo mẫu báo cáo sau:

BÁO CÁO

Một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống

Ngày …. tháng …. năm

Tên học sinh:

Lớp:

I. Thống kê phân loại tụ điện đã sưu tập được

II. Kết luận về ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống

- Đây cũng là một trong những bộ phận quan trọng trong hệ thống âm thanh của những dòng xe hơi hạng sang giúp tích tụ năng lượng để duy trì bộ khuếch đại hoạt động ổn định với chất lượng âm thanh tuyệt vời.

- Bên cạnh đó nó cũng được sử dụng phổ biến trong việc xây dựng bộ nhớ kỹ thuật số cho máy tính nhằm đưa đến những trải nghiệm sử dụng tuyệt vời cho người dùng.

- Tụ điện cũng được sử dụng trong lĩnh vực chế tạo các loại máy móc như máy phát điện, thiết bị vi tính, máy móc dùng trong gia đình,…

- Ngoài ra ứng dụng lớn nhất của tụ điện trong thực tế là việc được sử dụng như một nguồn cung cấp đồng thời cũng tích trữ năng lượng phục vụ cho nhu cầu sử dụng sau đó.

Em có thể trang 89 Vật Lí 11: Đọc hiểu các thông số kĩ thuật cơ bản của tụ điện và xác định được điện dung của tụ điện, hiệu điện thế tối đa cho phép đặt vào tụ điện.

Lời giải:

Trên tụ điện có hai thông số quan trọng nhất đó chính là giá trị điện dung của tụ điện (Fara) và hiệu điện thế (điện áp) tối đa cho phép đặt vào tụ điện (Vôn).

Ví dụ:

Em có thể trang 89 Vật Lí 11: Hiểu và thực hành được các cách ghép nối tiếp và ghép song song của các tụ điện trong mạch điện.

Lời giải:

- Cách ghép tụ nối tiếp

- Cách ghép tụ song song

Em có thể trang 89 Vật Lí 11: Vận dụng được kiến thức về năng lượng của tụ điện để giải thích được nguyên lí hoạt động phóng điện của máy hàn điện, tia sét giữa các đám mây tích điện trái dấu.

Lời giải:

Do tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng điện khi có nguồn điện để tích điện, nguồn điện đã thực hiện công A để dịch chuyển các electron từ bản cực nối với cực dương sang bản cực nối với cực âm của tụ điện. Công A này đã chuyển thành thế năng điện của các electron trên bàn nhiễm điện âm hay nói cách khác, tụ điện đã tích một năng lượng W = A.

Em có thể trang 89 Vật Lí 11: Tìm hiểu về các ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống trên cơ sở thu thập và lựa chọn thông tin, xây dựng báo cáo.

Lời giải:

Loại tụ

Cấu tạo

Ứng dụng

Tụ điện bạc Mica

Tụ được tạo ra bằng cách lắng một lớp bạc mỏng lên bề mặt của vùng điện môi làm từ chất liệu Mica và dùng ổn định với thời gian.

Thường dùng trong các mạch cộng hưởng, bộ lọc tần số cao.

Tụ điện Tantalum

Tụ được làm từ Tantalum Pentoxide

Thường được ứng dụng với các hệ thống tin hiệu không có nhiều dòng cao.

Lý thuyết Tụ điện

I. Tụ điện

Tụ điện là một loại linh kiện điện tử gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi). Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện.

- 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 một số loại tụ điện

II. Điện dung của tụ điện

1. Điện dung

Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế U vào hai bản tụ điện. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ điện và hiệu điện thế U đặt vào hai bản tụ điện.

C=QU

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).

Một đơn vị điện dung thường dùng:

+ 1 microfara (kí hiệu là μF) = 10-6 F.

+ 1 nanofara (kí hiệu là nF) = 10-9 F.

+ 1 picofara (kí hiệu là pF) = 10-12 F.

2. Điện dung của bộ tụ điện

U=U1+U2+...+Un

Q=Q1=Q2=...=Qn

1C=1C1+1C2+...+1Cn

U=U1=U2=...=Un

Q=Q1+Q2+...+Qn

C=C1+C2+...+Cn

III. Năng lượng của tụ điện

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

W=QU2=Q22C=CU22

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.

IV. Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống

Tụ điện được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện như động cơ xe máy, máy hàn dùng công nghệ phóng điện của tụ, mạch khuếch đại,… Ngoài ra, tụ điện còn có một số chức năng khác nữa như lưu trữ điện tích, lọc dòng điện một chiều không cho đi qua mà chỉ cho dòng điện xoay chiều đi qua,…

Ví dụ:

Máy hàn bu - lông sử dụng bộ tụ điện

Mạch khuếch đại

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 20: Điện thế

Bài 21: Tụ điện

Bài 22: Cường độ dòng điện

Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm

Bài 24: Nguồn điện