Tụ điện là thành phần cơ bản trong lĩnh vực điện tử và đóng một vai trò quan trọng trong các mạch điện tử khác nhau. Hiểu các khái niệm về điện dung và điện tích là điều cần thiết cho bất kỳ ai muốn tìm hiểu sâu về lĩnh vực kỹ thuật điện. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu ngắn gọn về tụ điện, giải thích điện dung và đi sâu vào phương trình chi phối hoạt động của chúng.
tụ điện là gì
Tụ điện là một linh kiện điện tử hai cực thụ động lưu trữ năng lượng điện trong điện trường. Cấu trúc của một tụ điện bao gồm hai tấm dẫn điện, thường làm bằng kim loại, được đặt cách xa nhau bằng vật liệu điện môi ở giữa chúng. Khi một hiệu điện thế được áp dụng trên các cực của tụ điện, tụ điện tích tụ điện tích trên các bản của nó, tạo ra một điện trường giữa chúng.
điện dung là gì
Điện dung là thước đo lượng năng lượng điện có thể được lưu trữ trên một đơn vị điện áp trên một thiết bị hoặc bộ phận. Đơn vị của điện dung là Farad.
phí là gì
Điện tích được mô tả là sự hiện diện của năng lượng điện. Ký hiệu của nó là Q và đơn vị của nó là Coulomb.
Hoạt động của tụ điện
Khi một điện áp được đưa vào qua các cực của tụ điện, điện trường được thiết lập giữa các bản sẽ bắt đầu chuyển động của các electron. Bản cực âm của tụ điện trở thành điểm tập hợp các electron đã di chuyển từ cực âm của nguồn điện áp.
Đồng thời, một số lượng electron bằng nhau rời khỏi bản dương của tụ điện và quay trở lại cực dương của nguồn điện áp.
Sự tích lũy và phân phối lại điện tích này tiếp tục cho đến khi tụ điện được sạc đầy, tại thời điểm đó, dòng điện tử ngừng chảy, điện tích được lưu trữ trong tụ điện có thể được xác định bằng phương trình:
Trong phương trình đã cho, “Q” tượng trưng cho thù lao tích lũy trong tụ điện , “C” biểu thị điện dung , và “V” đại diện cho điện áp đặt trên tụ điện.
Phương trình này hiển thị mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa điện dung và điện áp đặt vào, cho thấy lượng điện tích chứa trong tụ điện có liên quan trực tiếp đến cả hai biến này. Do đó, việc tăng điện dung hoặc điện áp sẽ dẫn đến tích lũy điện tích cao hơn.
Điện dung của một tụ điện song song
Điện dung của tụ điện được xác định bởi diện tích bề mặt của các bản (A) và khoảng cách phân tách (d) giữa chúng, với cả hai yếu tố ảnh hưởng đến điện dung tổng thể của nó. Diện tích tấm càng lớn thì điện dung càng lớn, trong khi khoảng cách giữa các tấm càng nhỏ thì điện dung càng tăng. Mối quan hệ này được mô tả bởi phương trình:
Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện, theo đó lượng năng lượng lưu trữ (U) tỷ lệ thuận với cả bình phương của điện áp đặt vào (V) và điện dung (C) của tụ điện. Phương trình năng lượng được lưu trữ trong một tụ điện được cho bởi:
Biết được năng lượng được lưu trữ trong tụ điện là rất quan trọng để thiết kế mạch, đặc biệt là trong các ứng dụng yêu cầu giải phóng năng lượng hoặc năng lượng tức thời là rất quan trọng.
Điện dung của tụ điện hình cầu
Để tính điện dung của một tụ điện hình cầu, bạn cần biết bán kính của cả hai mặt cầu dẫn điện bên trong và bên ngoài. Hình dạng của tụ điện và hằng số điện môi của vật liệu được đặt giữa các quả cầu điều khiển điện dung. Công thức tính điện dung của tụ điện hình cầu là:
Mặt khác, ký hiệu “εᵣ” được sử dụng để biểu thị hằng số điện môi hoặc hằng số điện môi tương đối của vật liệu nằm giữa các quả cầu. Ngoài ra, “r₁” biểu thị bán kính của hình cầu bên trong, trong khi “r₂” biểu thị bán kính của hình cầu bên ngoài.
Bằng cách thay thế các giá trị của bán kính và hằng số điện môi của vật liệu, bạn có thể tính được điện dung của tụ điện hình cầu. Điều đáng chú ý là nếu quả cầu bên trong có bán kính không đáng kể hoặc được coi là điện tích điểm, thì công thức điện dung sẽ đơn giản hóa thành:
Trong trường hợp này, điện dung chỉ được xác định bởi bán kính của quả cầu bên ngoài và điện môi của vật liệu.
Điện dung của tụ điện hình trụ
Để tính điện dung của tụ điện hình trụ, bạn cần biết chiều dài của tụ điện (L), bán kính của dây dẫn bên trong (r₁) và bán kính của dây dẫn bên ngoài (r₂). Hình dạng của tụ điện và hằng số điện môi của vật liệu được đặt giữa các quả cầu điều khiển điện dung. Công thức tính điện dung của tụ điện hình trụ là:
Mặt khác, ký hiệu “εᵣ” được sử dụng để biểu thị hằng số điện môi hoặc hằng số điện môi tương đối của vật liệu nằm giữa các quả cầu. Ngoài ra, “r₁” biểu thị bán kính của hình cầu bên trong, trong khi “r₂” biểu thị bán kính của hình cầu bên ngoài.
Phần kết luận
Tụ điện là thành phần quan trọng khi nói đến thiết bị điện tử, cho phép lưu trữ năng lượng và điều chỉnh điện áp. Điện dung, được đo bằng farad (F), định lượng khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện. Nó tỉ lệ thuận với điện tích tích trữ (Q) và tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế (V) giữa hai đầu tụ điện.