Bài 6.7: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 1 000 pF và khoảng cách giữa hai bản là d = 1 mm. Tích điện cho tụ điện dưới hiệu điện thế 60 V.
a) Tính điện tích của tụ điện và cường độ điện trường trong tụ điện.
b) Sau đó, ngắt tụ điện ra khỏi nguồn điện và thay đổi khoảng cách d giữa hai bản. Hỏi ta sẽ tốn công khi tăng hay khi giảm d ?
a) Q = 6.10-8 C ; E = 6.104 V/m.
b) Khi tụ điện đã được tích điện thì giữa bản dương và bản âm có lực hút tĩnh điện. Do đó, khi đưa hai bản ra xa nhau (tăng d) thì ta phải tốn công chống lại lực hút tĩnh điện đó.
Công mà ta tốn đã làm tăng năng lượng của điện trường trong tụ điện.
Bài 6.8: Một tụ điện không khí có điện dung 40 pF và khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Tính điện tích tối đa có thể tích cho tụ, biết rằng khi cường độ điện trường trong không khí lên đến 3.106 V/m thì không khí sẽ trở thành dẫn điện.
Qmax = 12.10-7 C. Hiệu điện thế lớn nhất mà tụ điện chịu được:
Umax = Emax.d
Với Emax = 3.106 V/m ; d = 1 cm = 10-2 m thì Umax = 30000 V.
Điện tích tối đa mà tụ điện có thể tích được :
Advertisements (Quảng cáo)
Qmax = CUmax. Với C= 40 pF = 40.10-12 F thì Qmax = 12.10-7 C.
Bài 6.9: Tích điện cho tụ điện C1, điện dung 20 μF, dưới hiệu điện thế 200 V. Sau đó nối tụ điện C1 với tụ điện C2, có điện dung 10 μF, chưa tích điện. Sử dụng định luật bảo toàn điện tích, hãy tính điện tích và hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tu điên sau khi nối với nhau.
Đặt U = 200 V, C1 = 20 μF và Q là điện tích của tụ lúc đầu :
Q = C1U = 20.10-6.200 = 4.10-3 C
Gọi Q1, Q2 là điện tích của mỗi tụ, U’ là hiệu điện thế giữa hai bản của chúng (Hình 6.1G).
ta có :
Advertisements (Quảng cáo)
Q1 = C1U’
Q2=C2U’
Theo định luật bảo toàn điện tích :
Q1 + Q2 = Q
hay Q = (C1+C2)U’
Với Q = 4.10-3 C
C1 + C2 = 30 μF
Thì
\(\eqalign{
& U’ = {Q \over {{C_1} + {C_2}}} = {{{{4.10}^{ – 3}}} \over {{{30.10}^{ – 6}}}} = {{400} \over 3}V \approx 133V \cr
& {Q_1} = {20.10^{ – 6}}.{{400} \over 3} \approx {2,67.10^{ – 3}}C \cr
& {Q_2} = {10.10^{ – 6}}.{{400} \over 3} \approx {1,33.10^{ – 3}}C \cr}\)
Bài 6.10: Một giọt dầu nằm lơ lửng trong điện trường của một tụ điện phẳng. Đường kính của giọt dầu là 0,5 mm. Khối lượng riêng của dầu là 800 kg/m3. Khoảng cách giữa hai bản tụ điện là 1 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là 220 V ; bản phía trên là bản dương.
a) Tính điện tích của giọt dầu.
b) Đột nhiên đổi dấu của hiệu điện thế. Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào ? Tính gia tốc của giọt dầu. Lấy g = 10 m/s2.
a) Trọng lượng của giọt dầu : \(P = {4 \over 3}\pi {r^3}\rho g\)
Lực điện tác dụng lên giọt dầu:\({F_d} = |q|E = |q|{U \over d}\).
Lực điện cân bằng với trọng lượng: Fđ= P hay \(P = {4 \over 3}\pi {r^3}\rho g = \left| q \right|{U \over d}\)
Suy ra:
\(\left| q \right| = {{4\pi {r^3}\rho dg} \over {3U}} \approx {23,8.10^{ – 12}}C\)
Vì trọng lực hướng xuống, nên lực điện phải hướng lên. Mặt khác bản phía trên của tụ điện là bản dương, nên điên tích của giọt dầu phải là điện tích âm: . Bỏ qua lực đẩy Acsimet của không khí.
b) Nếu đột nhiên đổi dấu mà vẫn giữ nguyên độ lớn của hiệu điện thế thì lực điện tác dụng lên giọt dầu sẽ cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn với trọng lực. Như vậy, giọt dầu sẽ chịu tác dụng của lực 2P và nó sẽ có gia tốc 2g = 20 m/s2.
