Giới hạn hoạt động của tụ điện

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Giới hạn hoạt động của tụ điện, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Giới hạn hoạt động của tụ điện:
DẠNG 4: Giới hạn hoạt động của tụ điện 1. Phương pháp – Nếu có một tụ điện Từ đó ta suy ra U E d gh – Nếu có bộ tụ ghép với nhau, để tính hiệu điện thế giới hạn hoạt động của bộ tụ điện, ta làm như sau: + Xác định Ugh , đối với mỗi tụ. + Dựa vào bộ tụ mắc nối tiếp hay song song để suy ra kết quả. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Hai bản của tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R = 60 cm, khoảng cách giữa 2 bản là 2mm. Giữa 2 bản là không khí. a) Tính điện dung của tụ điện b) Có thể tích cho tụ điện đó một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng. Biết cường độ dòng điện lớn nhất mà không khí chịu được là 3.106 V/m. Hiệu điện thế lớn nhất giữa 2 bản tụ là bao nhiêu?
Lời giải a) Điện dung của tụ điện được xác định bởi Đáp án A b) Hiệu điện thế giới hạn Điện tích lớn nhất có thể tích được để tụ điện không bị đánh thủng là Đáp án B STUDY TIP Hiệu điện thế giới hạn U E Điện tích lớn nhất tụ có thể tích được Q C Ví dụ 2: Ba tụ điện có điện dung µ được mắc nối tiếp thành bộ. Hiệu điện thế đánh thủng của mỗi tụ điện là 4000V. Hỏi bộ tụ điện trên có thể chịu được hiệu điện thế U = 11000V không? Khi đó hiệu điện thế đặt trên mỗi tụ là bao nhiêu? A. Không. U1 = 6000V, U2 = 3000V, U3 = 2000V. B. Không. U1 = 3000 V, U2 = 3000V, U3 = 2000V. C. Không. U1 = 6000 V, U2 = 3000V, U3 = 3000V. D. Không. U1 = 3000 V, U2 = 2000V, U3 = 6000V. Lời giải Khi mắc 3 tụ nối tiếp thì Q1 = Q2 = Q3 → C1U1 = C2U2 = C3U3 Vì C1 < C2 < C3 → U1 > U2 > U3 nên ta được Vì bộ tụ mắc nối tiếp nên hiệu điện thế giữa hai đầu bộ tụ là U = U1 + U2 + U3. Từ các phương trình trên, ta tính được là số nhỏ nhất trong ba số 22000 nên hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ là nên bộ tụ không thể chịu được hiệu điện thế 11000 V và sẽ bị đánh thủng. Nếu U = 11000V và C1 : C2 : C3 = 1 : 2 : 3 thì khi đó hiệu điện thế trên mỗi tụ là U1 = 6000V, U2 = 3000V, U3 = 2000V Đáp án A Phân tích – Tính hiệu điện thế trên mỗi tụ theo hiệu điện thế của bộ tụ – Sử dụng điều kiện về hiệu điện thế giới hạn của từng tụ – Suy ra hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ.
Ví dụ 3: Ba tụ điện có điện dung lần lượt có thể chịu được các hiệu điện thế lớn nhất tương ứng là: 1000V; 200V; 500V. Đem các tụ điện này mắc thành bộ a) Với cách mắc nào thì bộ tụ điện có thể chịu được hiệu điện thế lớn nhất. A. C1 nt C2 nt C3 B. C1//C2//C3 C. [(C1 nt C2) nt C3] D. [C1 nt (C2//C3)]. b) Tính điện dung của bộ tụ điện đó. Lời giải
a) Với 3 tụ C1, C2, C3 thì sẽ có 4 cách mắc Cách 1: 3 tụ này mắc nối tiếp với nhau Vì 2200 3 là số nhỏ nhất nên hiệu điện thế giới hạn trong trường hợp này là 2200 Cách 2: Mắc 3 tụ này song song với nhau, nên ta có: U1 = U2 = U3 = U Vì U1 ≤ 1000V, U2 ≤ 200V, U3 ≤ 500V nên hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ là 200V Cách 3: [(C1 // C2) nt C3] Ta được: U1 = U2 12 200 U V gh và Q12 Q3 Vậy trường hợp này hiệu điện thế giới hạn của bộ là 400V Cách 4: [C1 nt (C2//C3)] Ta được: U1 = U2 Vậy trường hợp này hiệu điện thế giới hạn của bộ là 1200V – So sánh cả 4 cách ta thấy rằng cách 4 cho hiệu điện giới hạn của bộ tụ là lớn nhất và Ugh = 1200V Đáp án D b) Điện dung của bộ tụ: Đáp án A Phân tích Với 3 tụ điện thì ta có 4 cách mắc. Ta sẽ xét 4 trường hợp và tính hiệu điện thế giới hạn của 4 bộ tụ và so sánh. Với mỗi cách ta đều làm theo các bước: + Tính hiệu điện thế trên mỗi tụ theo hiệu điện thế của bộ tụ + Sử dụng điều kiện về hiệu điện thế giới hạn của từng tụ + Suy ra hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ. STUDY TIP Nếu mạch gồm các tụ điện mắc song song thì hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ là hiệu điện thế giới hạn của tụ điện có hiệu điện thế giới hạn nhỏ nhất.