01Kiến thức cần nhớ
1. Điện dung của tụ phẳng
Tụ phẳng gồm hai bản kim loại song song, diện tích mỗi bản , cách nhau (rất nhỏ so với kích thước bản), giữa là điện môi có hằng số điện môi (không khí ):
Ba điều đọc ra:
- tỉ lệ thuận với : bản rộng hơn chứa được nhiều điện tích hơn ở cùng hiệu điện thế.
- tỉ lệ nghịch với : hai bản càng gần, điện tích trái dấu trên bản đối diện càng "giữ" nhau, tích được nhiều hơn.
- tỉ lệ thuận với : điện môi làm yếu điện trường giữa hai bản lần, nên cùng thì nhỏ đi lần, nghĩa là tăng lần.
Đổi đơn vị trước khi thay số: , .
2. Điện trường giữa hai bản
Điện trường giữa hai bản tụ phẳng là điện trường đều, hướng từ bản dương sang bản âm, có độ lớn
Hai dạng này bằng nhau vì . Dạng thứ hai cho thấy: nếu và không đổi thì không phụ thuộc (chỉ phụ thuộc điện tích trên mỗi đơn vị diện tích của bản), và đặt điện môi vào thì giảm lần.
3. Ngắt nguồn hay vẫn nối nguồn
Khi thay đổi , hoặc của một tụ phẳng, kết quả phụ thuộc tụ đang ở trạng thái nào:
- Đã ngắt khỏi nguồn (cô lập): điện tích không có đường thoát nên không đổi.
- Vẫn nối với nguồn: nguồn giữ hiệu điện thế nên không đổi; có thể chảy vào hoặc ra khỏi tụ.
Quy trình: (1) xác định đại lượng giữ nguyên; (2) tính mới theo ; (3) tính các đại lượng còn lại từ , , theo đại lượng giữ nguyên.
| Đổi | Ngắt nguồn ( không đổi): , , | Nối nguồn ( không đổi): , , | |
|---|---|---|---|
| tăng lần | giảm lần | tăng lần, không đổi, tăng lần | giảm lần, giảm lần, giảm lần |
| tăng lần | tăng lần | giảm lần, giảm lần, giảm lần | tăng lần, không đổi, tăng lần |
| tăng lần | tăng lần | giảm lần, giảm lần, giảm lần | tăng lần, không đổi, tăng lần |
Cách nhớ năng lượng: ngắt nguồn thì dùng ( giữ nguyên, ); nối nguồn thì dùng ( giữ nguyên, ).
Tụ đã nạp tới 100 V. Chọn Nối nguồn hoặc Ngắt nguồn, rồi kéo d, S, ε. Số nào có nhãn 'không đổi' là đại lượng được giữ; các số khác kèm hệ số so với lúc đầu. Thử: ngắt nguồn rồi kéo d ra xa, E giữ nguyên còn U tăng.
4. Công ngoại lực khi kéo hai bản
Hai bản tích điện trái dấu hút nhau. Muốn kéo chúng ra xa phải thực hiện công. Theo bảo toàn năng lượng:
- Ngắt nguồn: không có nguồn nào cung cấp hay nhận năng lượng, nên công ngoại lực bằng độ tăng năng lượng của tụ: .
- Vẫn nối nguồn: khi giảm, điện tích chảy ngược về nguồn. Công nguồn thực hiện lên tụ là , âm khi điện tích bị rút về (nguồn nhận năng lượng). Cân bằng năng lượng: , suy ra .
02Tóm tắt
| Nội dung | Kết luận |
|---|---|
| Điện dung tụ phẳng | |
| Điện trường | |
| Ngắt nguồn | không đổi; ; |
| Nối nguồn | không đổi; ; |
| Điện môi | ; ngắt nguồn: , , giảm lần |
03Mở rộng
Giới hạn của không khí. Không khí khô bị đánh thủng khi cường độ điện trường vượt khoảng . Với thì tối đa cỡ . Đó là lý do tụ chịu điện áp cao dùng điện môi tốt hơn không khí hoặc phải đặt xa nhau.
Dạng: Hạt tích điện giữa hai bản tụ khi đổi khoảng cách
Dạng này (mức vận dụng cao) kết hợp tụ phẳng với cân bằng lực của hạt tích điện giữa hai bản nằm ngang.
- Hạt cân bằng: với nên (lực điện hướng lên, ngược trọng lực).
- Sau khi đổi , xác định mới: vẫn nối nguồn thì ; ngắt nguồn thì không đổi khi chỉ đổi .
- Chiều dương hướng lên: . hạt đi lên, hạt rơi xuống.
Hạt đang cân bằng ở d = 2 cm, U = 200 V. Đổi d mới rồi bấm Chạy, lần lượt với Nối nguồn và Ngắt nguồn. Nối nguồn: E = U/d đổi nên hạt bay lên hoặc rơi xuống. Ngắt nguồn: E không đổi nên hạt vẫn đứng yên.
Ví dụ. Hạt bụi nằm cân bằng giữa hai bản nằm ngang cách nhau , hiệu điện thế (). (a) Tìm . (b) Ngắt nguồn rồi đẩy hai bản lại gần còn : hạt thế nào? (c) Vẫn nối nguồn, giảm còn : gia tốc của hạt?
Giải. (a) , . (b) Ngắt nguồn: , , không đổi nên không đổi, hạt vẫn cân bằng. (c) Nối nguồn: , lớn gấp đôi trọng lực , hướng lên.
Lỗi hay gặp: dùng khi đã thay đổi vì ngắt nguồn; quên trọng lực khi tính .
