Trong mạch điện, tụ điện có thể được mắc nối tiếp hoặc song song để tạo thành mạch điện phức tạp hơn. Hiểu được cách tính toán các thông số điện của tụ điện khi mắc nối tiếp và song song là điều cần thiết để thiết kế và phân tích mạch điện. Bài viết này sẽ cung cấp đầy đủ các công thức tụ điện nối tiếp và song song, giúp bạn nắm vững kiến thức vật lý lớp 11 này.
| Mắc | Điện dung | Điện tích | Điện thế |
|---|---|---|---|
| Nối tiếp | 1/C = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn | Q = C * U | U = Q / C |
| Song song | C = C1 + C2 + … + Cn | Q = C * U | U = Q / C |
Công thức tính tụ điện mắc nối tiếp
Điện dung của tụ điện mắc nối tiếp
Khi mắc tụ điện nối tiếp, điện dung của bộ tụ sẽ nhỏ hơn điện dung của từng tụ điện. Công thức tính điện dung của bộ tụ mắc nối tiếp như sau:1/C = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/CnTrong đó:- C là điện dung của bộ tụ mắc nối tiếp (F)- C1, C2, …, Cn là điện dung của từng tụ điện (F)Ví dụ: Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF nối tiếp với nhau. Điện dung của bộ tụ là:1/C = 1/4 μF + 1/6 μF = 5/12 μF=> C = 12/5 μF = 2,4 μF
Điện tích của tụ điện mắc nối tiếp
Khi mắc tụ điện nối tiếp, điện tích của từng tụ điện bằng nhau và bằng điện tích của bộ tụ. Công thức tính điện tích của tụ điện mắc nối tiếp như sau:Q = C * UTrong đó:- Q là điện tích của bộ tụ (C)- C là điện dung của bộ tụ (F)- U là hiệu điện thế giữa hai đầu bộ tụ (V)Ví dụ: Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF nối tiếp với nhau và mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 12 V. Điện tích của mỗi tụ điện là:Q = C * U = (4 μF + 6 μF) * 12 V = 120 μC
Hiệu điện thế giữa các tụ điện mắc nối tiếp
Khi mắc tụ điện nối tiếp, hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi tụ điện tỉ lệ nghịch với điện dung của tụ điện đó. Công thức tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi tụ điện như sau:U1/U2 = C2/C1Trong đó:- U1, U2 là hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện C1 và C2 (V)- C1, C2 là điện dung của tụ điện C1 và C2 (F)Ví dụ: Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF nối tiếp với nhau và mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 12 V. Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ điện C1 là:U1/U2 = C2/C1=> U1 = U2 * C1/C2 = 12 V * 4 μF/6 μF = 8 V
Công thức tính tụ điện mắc song song
Khi mắc tụ điện song song, điện dung của bộ tụ sẽ lớn hơn điện dung của từng tụ điện. Công thức tính điện dung của bộ tụ mắc song song như sau:
| Mắc | Điện dung | Điện tích | Điện thế |
|---|---|---|---|
| Nối tiếp | 1/C = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn | Q = C * U | U = Q / C |
| Song song | C = C1 + C2 + … + Cn | Q = C * U | U = Q / C |
Trong đó:
- C là điện dung của bộ tụ mắc song song (F)
- C1, C2, …, Cn là điện dung của từng tụ điện (F)
Ví dụ: Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF song song với nhau. Điện dung của bộ tụ là:
C = C1 + C2 = 4 μF + 6 μF = 10 μF
Cách tính giá trị tụ điện mắc nối tiếp và song song
Tính tụ điện mắc nối tiếp
Khi mắc tụ điện nối tiếp, điện dung của bộ tụ sẽ nhỏ hơn điện dung của từng tụ điện. Giống như khi bạn nối nhiều ống nước lại với nhau, nước sẽ khó chảy hơn vì tổng diện tích bề mặt nước nhỏ hơn. Công thức tính như sau:1/C = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/CnTrong đó:- C là điện dung của bộ tụ mắc nối tiếp (F)- C1, C2, …, Cn là điện dung của từng tụ điện (F)Ví dụ: Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF nối tiếp với nhau. Điện dung của bộ tụ là:1/C = 1/4 μF + 1/6 μF = 5/12 μF=> C = 12/5 μF = 2,4 μF
Tính tụ điện mắc song song
Khi mắc tụ điện song song, điện dung của bộ tụ sẽ lớn hơn điện dung của từng tụ điện. Giống như khi bạn nối nhiều ống nước song song, nước sẽ chảy dễ dàng hơn vì tổng diện tích bề mặt nước lớn hơn. Công thức tính như sau:C = C1 + C2 + … + CnTrong đó:- C là điện dung của bộ tụ mắc song song (F)- C1, C2, …, Cn là điện dung của từng tụ điện (F)Ví dụ: Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF song song với nhau. Điện dung của bộ tụ là:C = C1 + C2 = 4 μF + 6 μF = 10 μF
| Mắc | Điện dung |
|---|---|
| Nối tiếp | 1/C = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/Cn |
| Song song | C = C1 + C2 + … + Cn |
Bài tập minh họa về cách tính tụ điện mắc nối tiếp và song song
Để hiểu rõ hơn về cách tính tụ điện mắc nối tiếp và song song, chúng ta cùng giải một số bài tập minh họa nhé!
| Bài tập | Cách giải |
|---|---|
| Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF nối tiếp với nhau. Điện dung của bộ tụ là bao nhiêu? | 1/C = 1/C1 + 1/C2 = 1/4 μF + 1/6 μF = 5/12 μF=> C = 12/5 μF = 2,4 μF |
| Mắc hai tụ điện có điện dung C1 = 4 μF và C2 = 6 μF song song với nhau. Điện dung của bộ tụ là bao nhiêu? | C = C1 + C2 = 4 μF + 6 μF = 10 μF |
Kết luận
Công thức tụ điện nối tiếp và song song là nền tảng để tính toán và phân tích mạch điện tử. Nắm vững các công thức này sẽ giúp bạn giải quyết các bài toán vật lý lớp 11 hiệu quả và thiết kế mạch điện chính xác. Hãy luyện tập thường xuyên để nâng cao kỹ năng tính toán và ứng dụng công thức tụ điện trong thực tế.
Trả lời