I. Phương pháp chung.Xét một mạch dao động điện từ LC đang hoạt động ổn định. Trong mạch dao động LC có năng lượng điện từ bao gồm năng lượng điện trường và năng lượng từ trường. Show 1. Năng lượng điện trường tích trữ trong tụ điện và có biểu thức là * Ta có: * Gọi ω’, T’, f’, φ’ lần lượt là tần số góc, chu kì, pha ban đầu của năng lượng điện trường ta có: ω’ = 2ω; T’ = T/2; f’ = 2f, φ’ = 2φ. 2. Năng lượng từ trường tích trữ trong cuộn cảm và có biểu thức là * Ta có: * Gọi ω’, T’, f’, φ’ lần lượt là tần số góc, chu kì, pha ban đầu của năng lượng từ trường ta có: ω’ = 2ω; T’ = T/2; f’ = 2f, φ’ = 2φ +- π => WL ngược pha với WC. 3. Năng lượng điện từ trong mạch LC bằng tổng của năng lượng điện trường và năng lượng từ trường: W = WC + WL 4. Công thức suy luận liên quan: * Để tính các giá trị tức thời (u, i) ta dựa vào phương trình bảo toàn năng lượng: * Để tính các giá trị tức thời (i, q) ta dựa vào hệ thức liên hệ: * Khi WC = nWL ta có: * Khi WL = nWC ta có: Bài tập liên quanBài 1: Trong mạch dao động lí tưởng gồm tụ điện có điện dung C và cuộn cảm thuần có độ tự cảm L, đang có dao động điện từ tự do. Biết hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ là U0. Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ là U0/2 thì cường độ dòng điện trong mạch có độ lớn bằng Hướng dẫn Chọn D. Bài 2: Mạch dao động LC gồm tụ C = 6μF và cuộn cảm thuần. Biết giá trị cực đại của điện áp giữa hai đầu tụ điện là U0 = 14V. Tại thời điểm điện áp giữa hai bản của tụ là u = 8V, năng lượng từ trường trong mạch bằng A. WL = 588μJ. B. WL = 396μJ. C. WL = 39,6μJ. D. WL = 58,8μJ. Hướng dẫn Chọn C. Bảo toàn năng lượng ta được: Thay số ta được năng lượng từ trường của mạch là: Bài 3: Một mạch dao động điện từ LC, có điện trở thuần không đáng kể. Điện áp giữa hai bản tụ biến thiên điều hòa theo thời gian với tần số f. Phát biểu nào sau đây là sai ? Năng lượng điện từ A. bằng năng lượng từ trường cực đại. B. không thay đổi. C. biến thiên tuần hoàn với tần số f. D. bằng năng lượng điện trường cực đại. Hướng dẫn Chọn C. Năng lượng điện từ trong mạch: Như vậy trong mạch dao động LC lý tưởng thì năng lượng của mạch được bảo toàn. C sai. Bài 4: Nếu điện tích trên tụ của mạch LC biến thiên theo công thức q = Q0cos(ωt) C. Tìm biểu thức sai trong các biểu thức năng lượng của mạch LC sau đây? A. Năng lượng điện trường B. Năng lượng từ trường C. Năng lượng dao động: D. Năng lượng dao động: Hướng dẫn Chọn B. B sai vì i nhanh pha hơn q một góc π/2 nên Bài 5: Trong mạch dao động điện từ LC, điện tích trên tụ điện biến thiên với chu kỳ T. Năng lượng điện trường ở tụ điện A. biến thiên tuần hoàn với chu kì T. B. biến thiên tuần hoàn với chu kì T/2. C. biến thiên tuần hoàn với chu kì 2T. D. không biến thiên theo thời gian. Hướng dẫn Chọn B. Năng lượng điện trường tích trữ trong tụ điện và có biểu thức là * Gọi ω’, T’, f’, φ’ lần lượt là tần số góc, chu kì, pha ban đầu của năng lượng điện trường thì năng lượng điện trường biến thiên tuần hoàn với: ω’ = 2ω; T’ = T/2; f’ = 2f, φ’ = 2φ. Cách tính điện dung, năng lượng của tụ điện Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động, được cấu tạo bởi hai bán cực đặt song song với nhau, và được ngăn cách bởi lớp điện môi. Vậy công thức tính tụ điện như thế nào? Bài tập tính điện tích của tụ điện ra sao? Là những câu hỏi mà các bạn học sinh lớp 9, lớp 11 quan tâm. Chính vì vậy trong bài viết hôm nay Download.vn giới thiệu đến các bạn toàn bộ kiến thức về thế nào là tụ điện, công thức tính tụ điện và một số bài tập kèm theo. Qua đó giúp các bạn có thêm nhiều tư liệu tham khảo, ôn luyện kiến thức để giải được các bài tập Vật lí. - Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Tụ điện dùng để chứa điện tích. - Điện dung của tụ điện (C) là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế xác định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó. 2. Công thức tụ điện- Điện dung của tụ điện - Trong đó:
- Đổi đơn vị:
3. Công thức mở rộng- Từ công thức C suy thêm ra công thức tính Q và U - Trong đó:
- Tụ điện ghép nối tiếp Q = Q1 = Q2 = ... = Qn UAB = U1 + U2 + ... + Un - Tụ điện ghép song song Q + Q1 + Q2 + ... + Qn UAB = U1 = U2 = ... = Un - Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng: Trong đó: + S: Diện tích đối diện giữa 2 bản (m2) + d: Khoảng cách hai bản tụ (m) + ε Hằng số điện môi của môi trường giữa hai bản tụ - Bài toán khác: + Nối tụ vào nguồn: U = hằng số + Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số 4. Ví dụ tính điện tích của tụ điệnVí dụ: Hai bản tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách giữa các bản là d = 2mm. Giữa hai bản là không khí. Có thể tích điện cho tụ điện một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng ? Biết rằng điện trường lớn nhất mà không khí chịu được là 3.105 3.105 V/m Gợi ý đáp án Điện dung của tụ điện Hiệu điện thế lớn nhất có thể đặt vào hai đầu bản tụ là U = E. d = 3.105.0,002 = 600V Điện tích lớn nhất tụ tích được để không bị đánh thủng là Q = C. U = 5.10-9.600 = 3.10-6 C 5. Bài tập tính tự điệnBài tập 1. Tụ xoay có điện dung thay đổi từ  Viết biểu thức phụ thuộc của điện dung vào góc xoay. Biết điện dung của tụ xoay là hàm bậc nhất của góc xoay a Bài tập 2. Một tụ điện phẳng có diện tích S=100cm2, khoảng cách hai bản là d=1 mm, giữa hai bản là lớp điện môi có a/ Tính điện dung của tụ điện b/ Dùng nguồn U=100 V để nạp điện cho tụ, tính điện tích mà tụ tích được. Bài tập 3. Hai bản của một tụ điện phẳng là các hình tròn, tụ điện được tích điện sao cho điện trường trong tụ bằng Bài tập 4. Hai bản tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R=2 cm, đặt trong không khí, khoảng cách giữa hai bản d=2 mm. a/ Tính điện dung của tụ điện đó. b/ Có thể tích cho tụ một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ không bị đánh thủng? Cho biết điện trường đánh thủng đối với không khí là Bài tập 5. Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ hình vuông cạnh a/ Tính điên dung của tụ điện b/ Tính điện tích của tụ điện |
