Tụ điện là gì? Cấu tạo và nguyên lý phóng nạp của tụ điện

16 Tháng Hai, 2021 0 lượt xem 0 Tuyen TB

Tụ điện là một loại linh kiện mà chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp trong hầu hết các bảng mạch điện tử hiện nay. Vậy tụ điện là gì? Chúng có cấu tạo, nguyên lý hoạt động, kí hiệu, công thức tính ra sao?

Tụ điện được sử dụng phổ biến trong các ngành sản xuất và chế tạo thiết bị điện tử, đồng thời cũng được giới thiệu khá nhiều trong chương trình giáo dục phổ thông. Đó là lý do vì sao nhu cầu tìm hiểu về chúng cũng tăng cao, bài viết này sẽ cung cấp đến các bạn những thông tin chi tiết nhất về tụ điện và ứng dụng của nó trong đời sống hàng ngày để bạn đọc tham khảo.

Tụ điện là gì?

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song, ngăn cách với nhau bởi lớp điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại đây sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu. Tụ điện có tính chất cách điện 1 chiều nhưng dòng điện xoay chiều có thể đi qua được nhờ nguyên lý phóng nạp. Chúng được sử dụng phổ biến trong các mạch điện tử: mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động, vv…

Tụ điện là gì?

Tụ điện là gì?

Vậy tụ điện phẳng là gì? Trong bài học về tụ điện ở lớp 11, tụ điện phẳng là loại tụ điện gồm hai tấm kim loại phẳng, kích thước lớn, ngăn cách nhau bởi một lớp điện môi. Đặc biệt, điện trường trong tụ điện phẳng là điện trường đều.

Cũng theo bài học về tụ điện trong sách vật lý 11, tụ điện được ký hiệu trên sơ đồ mạch điện là:

Kí hiệu của tụ điện

Kí hiệu của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện

Thông thường, một tụ điện có cấu tạo gồm ít nhất hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi.

Điện môi sử dụng cho tụ điện có thể là các chất không dẫn điện như: thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Với tính chất không dẫn điện của các điện môi này sẽ giúp làm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện

Tùy thuộc vào chất liệu cách điện ở giữa bản cực mà tụ điện có tên gọi tương ứng. Ví dụ như nếu như lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, còn là gốm ta có tụ gốm và nếu là lớp hóa chất thì ta gọi là tụ hóa.

Nguyên lý phóng nạp của tụ điện

Nguyên lý phóng nạp của tụ điện được hiểu là khả năng tích trữ năng lượng điện như một ắc quy nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường của tụ điện. Nó lưu trữ các electron bên trong và phóng ra các điện tích này để tạo ra dòng điện, tương tự như ắc quy. Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn của tụ điện với ắc quy là tụ điện không có khả năng sinh ra các điện tích electron.

 

 

Công thức tụ điện

Điện dung

Một vật thể bất kỳ nói chung đều có khả năng tích điện, và khả năng này đặc trưng bởi điện dung C xác định tổng quát qua điện lượng theo biểu thức:

C = QU

Trong đó:

  • C: là điện dung, đơn vị là fara;
  • Q: là điện lượng, đơn vị là coulomb, là độ lớn điện tích được tích tụ ở vật thể;
  • U: điện áp, có đơn vị là voltage, là điện áp ở vật thể khi tích điện.

Điện dung của tụ điện

Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:

Công thức tính tụ điện

Công thức tính tụ điện

Trong đó:

  • S: là phần diện tích đối diện giữa 2 bản.
  • d: là khoảng cách giữa hai bản tụ

Năng lượng của tụ điện

Khi tụ điện được tích điện thì giữa hai bản tụ sẽ có điện trường và trong tụ điện sẽ dự trữ một năng lượng. Gọi là năng lượng điện trường trong tụ điện.

Công thức tính năng lượng điện trường:

Công thức tính năng lượng điện trường của tụ điện

Công thức tính năng lượng điện trường của tụ điện

Các loại tụ điện

Như đã giới thiệu ở trên, cách phân loại tụ điện thường dựa vào chất liệu cách điện giữa hai bản cực của nó. Cụ thể như sau:

  • Tụ hóa: là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ. Trên thân tụ thể hiện giá trị điện dung từ 0,47 µF đến 4700 µF.
  • Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm: là tụ không phân cực, có hình dẹt, không phân biệt âm dương. Trị số điện dung được ký hiệu trên thân bằng ba số, điện dung của tụ khá nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µF.
  • Tụ xoay: là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng trong khi dò đài.
  • Tụ Lithium ion: có năng lượng cực cao dùng để tích điện 1 chiều

Công dụng của tụ điện là gì?

Có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như vậy thì tụ điện có tác dụng gì? Trên thực tế, tụ điện có rất nhiều công dụng, nhưng bốn công dụng chính được nhiều người biết đến đó là:

  • Khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả là tác dụng được biết đến nhiều nhất của tụ điện. Công dụng lưu trữ này tương tự như ắc quy. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện được người dùng chú ý hơn là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
  • Công dụng tiếp theo của tụ điện là cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều (điện dung của tụ) càng lớn thì dung kháng càng nhỏ. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.
  • Với nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, cho phép điện áp xoay chiều lưu thông hỗ trợ truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch điện thế.
  • Công dụng nổi bật thứ 4 là tụ điện có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.
Công dụng của tụ điện

Công dụng của tụ điện

Tụ điện dùng để làm gì?

Tụ điện được ứng dụng chủ yếu trong kỹ thuật điện và điện tử, là một linh kiện không thể thiếu trong các thiết bị điện tử. Mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động, vv…

Những ứng dụng của tụ điện được áp dụng trong cuộc sống:

  • Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi, tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại
  • Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử.
  • Tụ điện còn được sử dụng trong các chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng trong máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,…
Ứng dụng của tụ điện trong hệ thống âm thanh xe hơi

Ứng dụng của tụ điện trong hệ thống âm thanh xe hơi

Trong thực tế, ứng dụng lớn nhất của tụ điện là việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng…. Ngoài ra còn có nhiều tác dụng khác như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…Hiện nay, hầu hết tụ điện là một chi tiết không thể thiếu trong các sản phẩm bếp từ, được coi là linh kiện quan trọng bậc nhất trong bo mạch của bếp từ.

Trên đây là một số thông tin và kiến thức cơ bản về tụ điện cũng như ý nghĩa của tụ điện trong đời sống. Hy vọng bài viết này sẽ giúp ích nhiều cho bạn đọc trong học tập cũng như sử dụng tụ điện trong cuộc sống. Hãy theo dõi thêm các bài viết khác của chúng tôi để có thêm nhiều kiến thức bổ ích khác nhé!

 

 

Bài viết liên quan