Điện dung

Bài viết về
Điện từ học
Điện Từ học Lịch sử Giáo trình
Tĩnh điện Chất cách điện Chất dẫn điện Cảm ứng tĩnh điện Điện ma sát Điện thông Điện thế Điện trường Điện tích Định luật Coulomb Định luật Gauss Độ điện thẩm Mômen lưỡng cực điện Mật độ phân cực Mật độ điện tích Phóng tĩnh điện Thế năng điện
Tĩnh từ Định luật Ampère Định luật Biot–Savart Định luật Gauss cho từ trường Độ từ thẩm Lực từ động Mômen lưỡng cực từ Quy tắc bàn tay phải Từ hóa Từ thông Từ thế vectơ Từ thế vô hướng Từ trường
Điện động Bức xạ điện từ Cảm ứng điện từ Dòng điện Foucault Dòng điện dịch chuyển Định luật Faraday Định luật Lenz Lực Lorentz Mô tả toán học của trường điện từ Phương trình Jefimenko Phương trình London Phương trình Maxwell Tenxơ ứng suất Maxwell Thế Liénard–Wiechert Trường điện từ Vectơ Poynting Xung điện từ
Mạch điện Bộ cộng hưởng Dòng điện Dòng điện một chiều Dòng điện xoay chiều Điện dung Điện phân Điện trở Định luật Ohm Gia nhiệt Joule Hiện tượng tự cảm Hiệu điện thế Lực điện động Mạch nối tiếp Mạch song song Mật độ dòng điện Ống dẫn sóng điện từ Trở kháng
Phát biểu hiệp phương sai Tenxơ điện từ (tenxơ ứng suất–năng lượng) Dòng bốn chiều Thế điện từ bốn chiều
Các nhà khoa học Ampère Biot Coulomb Davy Einstein Faraday Fizeau Gauss Heaviside Henry Hertz Joule Lenz Lorentz Maxwell Ørsted Ohm Ritchie Savart Singer Tesla Volta Weber

Nếu đặt vào hai bản cực dẫn điện của tụ điện một điện áp thì các bản cực này sẽ tích các điện tích trái dấu. Khoảng không gian này sẽ tích lũy một điện trường, điện trường này phụ thuộc vào điện dung của tụ điện.

Công thức tính

Vậy, điện dung là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện, được tính theo công thức $C={\frac {q}{U}}$ hay $C={\frac {dq}{dU}}$ trong đó C là điện dung của tụ điện, đơn vị là Fara (F), theo đó thì 1F là điện dung của một tụ điện mà khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ là 1V thì điện tích của tụ điện là 1C.

Công thức tính điện dung của tụ điện có cấu tạo đặc biệt

Với C là điện dung của tụ điện (F), ε là hằng số điện môi của lớp cách điện giữa hai bản tụ, ε₀, k là hằng số điện với $\varepsilon _{0}={\frac {1}{4\pi k}}$ và $k\approx 9.10^{9}{\frac {Nm^{2}}{C^{2}}}$, ta có công thức tính điện dung của các tụ điện có cấu tạo đặc biệt như sau:

Tụ điện phẳng

$$C={\frac {\varepsilon \varepsilon _{0}S}{d}}={\frac {\varepsilon S}{4\pi kd}}$$

• d là chiều dày của lớp cách điện hay khoảng cách giữa hai bản tụ (m).
• S là diện tích bản tụ (m²).

Tụ điện trụ

$$C={\frac {2\pi h\varepsilon _{0}}{\ln {\frac {R_{2}}{R_{1}}}}}$$

• h là chiều cao của bản tụ (m).
• R₁ là bán kính tiết diện mặt trụ trong, R₂ là bán kính tiết diện mặt trụ ngoài.

Tụ điện cầu

$$C={\frac {4\pi \varepsilon _{0}R_{1}R_{2}}{R_{2}-R_{1}}}$$

• R₁ là bán kính mặt cầu trong, R₂ là bán kính mặt cầu ngoài.

Điện dung của một bộ tụ điện

Ghép song song: $C=\Sigma C_{i}$

Ghép nối tiếp: ${\frac {1}{C}}=\Sigma {\frac {1}{C_{i}}}$

Dung kháng của tụ điện

Dung kháng của tụ điện: Zc = 1/ωC = 1/2πfC

Đối với tụ điện lý tưởng không có dòng qua hai tấm bản cực tức là tụ điện không tiêu thụ công suất. Nhưng thực tế vẫn có dòng từ cực này qua lớp điện môi đến cực kia của tụ điện, vì vậy trọng tụ có sự tổn hao công suất. Thường sự tổn hao này rất nhỏ và người ta thường đo góc tổn hao (tgδ) của tụ để đánh giá tụ điện.

Để tính toán, tụ điện được đặc trưng bởi một tụ điện lý tưởng và một thuần trở mắc nối tiếp nhau (đối với tụ có tổn hao ít) hoặc mắc song song với nhau (đối với tụ có tổn hao lớn), trên cơ sở đó xác định góc tổn hao của tụ.

Đọc thêm

• Tipler, Paul (1998). Physics for Scientists and Engineers: Vol. 2: Electricity and Magnetism, Light (4th ed.). W. H. Freeman. ISBN 1-57259-492-6
• Serway, Raymond; Jewett, John (2003). Physics for Scientists and Engineers (6 ed.). Brooks Cole. ISBN 0-534-40842-7
• Saslow, Wayne M.(2002). Electricity, Magnetism, and Light. Thomson Learning. ISBN 0-12-619455-6. See Chapter 8, and especially pp. 255–259 for coefficients of potential.