Lý thuyết Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện - Vật Lí 11 Cánh diều

BÀI 3. ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ, TỤ ĐIỆN

I. Thế năng của điện tích trong điện trường

1. Công của lực điện

Công thực hiện để di chuyển một điện tích dương q một đoạn d dọc theo đường sức trong điện trường đều có cường độ E, từ phía bản điện tích âm về phía bản điện tích dương là A = F.d = qEd

2. Thế năng

- Thế năng của điện tích q dương tại điểm M trong điện trường đều là:

W_M = A = qEd

Với W_M là thế năng của điện tích tại điểm M và d là khoảng cách giữa điểm M và bản âm.

- Nếu điện tích q ở trong điện trường bất kì thì ta lấy thế năng bằng công của lực điện khi di chuyển điện tích q từ M ra xa vô cùng

 W_M=A_M∞

II. Điện thế và hiệu điện thế

1. Điện thế

- Thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.

W_M = V_Mq

- Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng

\({V_M} = \frac{{{A_{M\infty }}}}{q} = \frac{{{W_M}}}{q}\)

Đơn vị của điện thế là vôn, kí hiệu là V

2. Hiệu điện thế

Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi di chuyển điện tích từ M đến N

\({U_{MN}} = {V_M} - {V_N} = \frac{{{A_{MN}}}}{q}\)

Đơn vị của hiệu điện thế là vôn, kí hiệu là V

3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế

Mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường đều: \(E = \frac{{{U_{MN}}}}{d} = \frac{U}{d}\)với d = MN.

III. Tụ điện

1. Khái niệm tụ điện

- Một hệ hai vật dẫn ở gần nhau, ngăn cách với nhau bằng một lớp chất cách điện, được gọi là chất điện môi, tạo nên một tụ điện. Mỗi vật dẫn đó được gọi là một bản của tụ điện.

- Để tích điện cho tụ điện, nối hai bản tụ điện với hai cực của một nguồn điện. Khi tụ điện đã được tích điện, độ lớn của điện tích trên mỗi bản được gọi là điện tích của tụ điện.

2. Điện dung của tụ điện

- Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định và được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản:

\(C = \frac{Q}{U}\)

Trong đó Q là độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện và U là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện.

Đơn vị của điện dung là fara, kí hiệu là F.

- Một số ước của fara:

1 micrôfara (μF) = 10^-6 F

1 nanôfara (nF) = 10^-9 F

1 picôfara (pF) = 10^-12 F

3. Điện dung của bộ tụ điện ghép song song

U=U₁=U₂=...

Q=Q₁+Q₂+...

C=C₁+C₂+...

4. Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp

U=U₁+U₂+...

Q=Q₁=Q₂=...

\(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + ...\)

5. Năng lượng của tụ điện

\(W = \frac{{C{U^2}}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}} = \frac{{QU}}{2}\)

Sơ đồ tư duy về “ Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện”