Điện áp tối đa của bộ tụ nối tiếp: không cộng máy móc định mức

Vật lý 11 · Ôn tập kiến thức THPT

Tụ nối tiếp lí tưởng có cùng độ lớn điện tích Q, nên điện áp trên từng tụ là Uᵢ = Q/Cᵢ. Để không vượt định mức, Q phải không lớn hơn mọi tích CᵢU_đm,ᵢ. Vì thế không luôn được cộng các điện áp định mức.

Hai tụ C₁ = 2 μF và C₂ = 4 μF, mỗi tụ chịu tối đa 10 V. Ban đầu chưa nạp; nút giữa cách điện với phần khác và không có điện tích dư. Bỏ qua rò điện và sai lệch linh kiện.

Giới hạn tụ thứ nhất cho Q ≤ 2 × 10 = 20 μC. Tụ thứ hai cho Q ≤ 4 × 10 = 40 μC. Bộ tụ phải chọn giới hạn nhỏ hơn: Q_max = 20 μC.

Khi đó U₁ = 20/2 = 10 V, U₂ = 20/4 = 5 V; điện áp toàn bộ tối đa là 15 V, không phải 20 V.

Kiểm tra bằng điện dung tương đương: C_tđ = (2 × 4)/(2 + 4) = 4/3 μF. Tại 15 V, điện tích là 20 μC, đúng giới hạn. Nếu đặt 20 V, chia áp cho U₁ = 20 × 4/6 ≈ 13,33 V, vượt định mức dù tổng hai định mức là 20 V.

Tụ điện dung nhỏ hơn chịu điện áp lớn hơn khi cùng Q. Lỗi thường gặp là chia điện áp đều chỉ vì hai tụ đều ghi 10 V. Điều quyết định chia áp trong mô hình là điện dung, không phải nhãn định mức.

Tự luyện: Nếu cả hai đều 4 μF và chịu 10 V, điện áp tối đa lí tưởng của bộ là 20 V. Thực tế còn dung sai, rò điện và cách cân bằng áp; phép tính lớp học này không thay thế thiết kế hay thao tác điện.

Đọc tiếp: Điện dung · Năng lượng tụ.