Tăng điện dung: ngắt nguồn hay giữ nguồn cho hai kết quả khác nhau

Vật lý 11 · Ôn tập kiến thức THPT

Tụ cách ly giữ điện tíchQ; tụ nối nguồn áp lý tưởng giữU. Cùng thay đổi điện dung nhưng ràng buộc điện khác nhau làm điện áp vànăng lượng đổi khác.

Ban đầu C₀=2,0μF,tích dưới10V. Q₀=C₀U₀=20μC,năng lượngE₀=(1/2)C₀U₀²=100μJ. Giả sử thay cấu hình tụ làm điện dung thành4,0μF,các điều kiện lý tưởng được giữ; không cần suy C mới từ kích thước trong bài này.

Trường hợp ngắt nguồn,cách ly không rò: Q cuối20μC. U=Q/C=5V,E=(1/2)CU²=50μJ. Cóthể kiểm bằngQ²/(2C):C tăng2 thìE giảm2 khiQ cốđịnh.

Trường hợp vẫn nối nguồn10V: U cuối10V,Q cuối40μC,E cuối200μJ. Nguồn đã đưa thêm20μC, nên không thể dùng bảo toàn Q của trường hợp cách ly. C tăng2 thìE tăng2 khiU cốđịnh.

Tự luyện: nếu C mới6μF,ngắt nguồn choU=20/6≈3,333V,E≈33,33μJ; giữ nguồn choQ=60μC,E=300μJ. ĐơnvịμF,μC,μJ cùngcó hệ số10⁻⁶, nhưng khi tínhSI phải thay đúng từng đại lượng, không bỏhệ số rồi gọi kếtquảJ.

Năng lượng giảm ởtụ cách ly không có nghĩa năng lượng biến mất:thay cấu hình cóthể trao đổi công cơ vàhao phí với môi trường. Khi giữ nguồn,công nguồn UΔQ không tự bằng độtăng năng lượng tụ nếu còn công cơ hoặc tỏa nhiệt; cần môtả cách thay C đểphân bổ. Tụ sau ngắt cóthể vẫn giữđiện áp vànăng lượng; bài “cách ly” làđiều kiện bảo toàn Q,không nghĩa thiết bị thật đã an toàn đểchạm vào. Chọn hệ vàràng buộc trước mới chọn dạngcông thức E phùhợp.

Đọc tiếp: Điện dung · Năng lượng tụ.