Tụ điện phẳng (công thức tụ điện-điện dung tụ điện-dung kháng của tụ điện-cấu tạo và ký hiệu của tụ điện là gì)

Tụ điện phẳng là gì

Tụ điện phẳng gồm hai bản dẫn kim loại song song ngăn cách nhau bằng một chất điện môi, khi giữa hai bản tụ điện có một hiệu điện thế nhất định thì giữa các bản này sẽ có sự phân bố điện trường. Có sự phân bố điện trường đều ở phần giữa hai bản cực, do hiệu ứng biên nên các đường sức điện trường ở rìa tụ điện có dạng cong và phân kỳ. Tụ điện phẳng là loại tụ điện đơn giản nhất và bất kỳ tụ điện bản không song song nào cũng có thể được coi là được tạo thành bởi một số bản tụ điện bản nhỏ song song mắc nối tiếp và song song.

Điện dung của tụ điện phẳng

Tụ điện bản song song gồm hai bản kim loại song song có lớp điện môi mỏng ở giữa. Khi tụ điện làm việc thì hai mặt đối diện của hai bản kim loại của nó luôn tích điện có điện tích bằng nhau và trái dấu lần lượt là + Q và -Q, lúc này giữa hai bản có một hiệu điện thế xác định
Điện lượng Q mang theo của tụ điện luôn tỉ lệ với hiệu điện thế U của nó, tỉ số đó được gọi là điện dung của tụ điện và điện dung của tụ điện được biểu thị bằng C
Trong Hệ thống Đơn vị Quốc tế, tên đơn vị của điện dung là Xa [la], và ký hiệu là F. Trên thực tế, 1F rất lớn, và các đơn vị nhỏ hơn như microfarads và picofarads thường được sử dụng. 1F = 1C / V
Trong điều kiện cùng hiệu điện thế, điện dung C càng lớn thì càng tích điện, điều này chứng tỏ điện dung là đại lượng vật lý phản ánh khả năng tích điện của tụ điện.

Quá trình tích điện và phóng điện của tụ điện phẳng

Quá trình tích điện: Dưới tác dụng của lực không tĩnh điện bên trong bộ nguồn, một số lượng lớn điện tích âm và dương lần lượt được tích tụ trên các điện cực âm và dương của bộ nguồn. [4] Khi mắc tụ điện với nguồn điện, do lực đẩy giữa các điện tích dương và âm cùng loại của nguồn điện lần lượt đẩy các điện tích âm và dương về hai bản của tụ điện. Tất cả các điện tích âm ở bản âm hút điện tích dương trên bản dương Tất cả các điện tích dương khác trên bản đều có lực đẩy lên bản dương, điện tích dương trên dây nối với bản dương và điện tích dương ở phía dương. của nguồn điện Điện tích có lực đẩy điện tích và độ lớn của điện tích được xác định bởi hiệu điện thế cuối U của nguồn điện. Càng lớn thì hiệu điện thế đầu cực của bộ nguồn U càng lớn. Khi sạc xong, ba lực cân bằng và điện tích ở trạng thái nghỉ.

Quá trình phóng điện: Khi mắc hai đầu tụ điện tích điện vào bóng đèn nhỏ thì điện tích âm và dương ở hai bản tụ điện sẽ trung hòa qua đoạn mạch nối với bóng đèn, lúc này đèn sáng nhỏ. bóng đèn sáng lên chứng tỏ có dòng điện chạy qua và năng lượng tỏa ra từ tụ điện.

ứng dụng của tụ điện phẳng

Ngoài chức năng lưu trữ điện năng, tụ điện có vai trò to lớn trong các mạch điện và điện tử. Tụ điện được sử dụng để điều khiển dòng điện và điện áp trong mạch xoay chiều, tạo ra dòng dao động trong máy phát, điều chỉnh trong máy thu, lọc trong mạch chỉnh lưu và thời gian trễ trong mạch điện tử.

Tìm hiểu về tụ điện

Tụ điện là một thiết bị lưu trữ năng lượng điện trong điện trường. Nó là một thành phần điện tử thụ động với hai thiết bị đầu cuối.

Tác dụng của tụ điện được gọi là điện dung. Trong khi một số điện dung tồn tại giữa hai vật dẫn điện gần nhau trong mạch, thì tụ điện là một thành phần được thiết kế để thêm điện dung vào mạch. Tụ điện ban đầu được gọi là tụ điện hay tụ điện. Tên này và các từ khóa của nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngôn ngữ, nhưng hiếm khi bằng tiếng Anh, một ngoại lệ đáng chú ý là micrô tụ điện, còn được gọi là micrô tụ điện.

Hình thức vật lý và cấu tạo của tụ điện thực tế rất khác nhau và nhiều loại tụ điện đang được sử dụng phổ biến. Hầu hết các tụ điện chứa ít nhất hai vật dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại hoặc bề mặt được ngăn cách bởi môi trường điện môi. Chất dẫn điện có thể là một lá mỏng, màng mỏng, hạt kim loại thiêu kết hoặc chất điện phân. Chất điện môi không dẫn có tác dụng làm tăng khả năng tích điện của tụ điện. Các vật liệu thường được sử dụng làm chất điện môi bao gồm thủy tinh, gốm, màng nhựa, giấy, mica, không khí và các lớp oxit. Tụ điện được sử dụng rộng rãi như một bộ phận của mạch điện trong nhiều thiết bị điện thông dụng. Không giống như điện trở, tụ điện lý tưởng không tiêu tán năng lượng, mặc dù tụ điện trong đời thực có tiêu hao một lượng nhỏ (xem Hành vi không lý tưởng). Khi một hiệu điện thế (hiệu điện thế) được đặt qua các đầu cực của tụ điện, chẳng hạn khi tụ điện được nối với pin, một điện trường phát triển qua chất điện môi, gây ra một điện tích dương thực thu trên một bản và âm thuần. tính phí để thu thập trên tấm khác. Không có dòng điện nào thực sự chạy qua chất điện môi. Tuy nhiên, có một dòng điện tích qua mạch nguồn. Nếu điều kiện duy trì đủ lâu thì dòng điện qua mạch nguồn không còn nữa. Nếu một điện áp thay đổi theo thời gian được đặt trên các dây dẫn của tụ điện, nguồn sẽ trải qua một dòng điện liên tục do các chu kỳ sạc và xả của tụ điện.

Các dạng tụ điện sớm nhất được tạo ra vào những năm 1740, khi các nhà thí nghiệm châu Âu phát hiện ra rằng điện tích có thể được lưu trữ trong các lọ thủy tinh chứa đầy nước, được gọi là lọ Leyden. Ngày nay, tụ điện được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử để chặn dòng điện một chiều đồng thời cho phép dòng điện xoay chiều chạy qua. Trong các mạng lọc tương tự, chúng làm mượt đầu ra của các bộ nguồn. Trong các mạch cộng hưởng, chúng điều chỉnh radio theo các tần số cụ thể. Trong các hệ thống truyền tải điện, chúng ổn định điện áp và dòng điện. Đặc tính lưu trữ năng lượng trong tụ điện đã được khai thác như bộ nhớ động trong các máy tính kỹ thuật số thời kỳ đầu, và vẫn còn trong DRAM hiện đại.

Các kiểu tụ điện

Sự sắp xếp của các tấm và chất điện môi có nhiều biến thể theo các kiểu khác nhau tùy thuộc vào xếp hạng mong muốn của tụ điện. Đối với các giá trị điện dung nhỏ (microfarads trở xuống), đĩa gốm sử dụng lớp phủ kim loại, với các dây dẫn được liên kết với lớp phủ. Các giá trị lớn hơn có thể được thực hiện bởi nhiều chồng đĩa và đĩa. Các tụ điện có giá trị lớn hơn thường sử dụng một lá kim loại hoặc lớp phim kim loại lắng đọng trên bề mặt của màng điện môi để làm các tấm, và một màng điện môi bằng giấy hoặc nhựa ngâm tẩm – chúng được cuộn lại để tiết kiệm không gian. Để giảm điện trở nối tiếp và độ tự cảm cho các tấm dài, các tấm và chất điện môi được đặt so le sao cho kết nối được thực hiện ở mép chung của các tấm cuộn lại, không phải ở các đầu của lá hoặc dải phim kim loại hóa bao gồm các tấm.

Việc lắp ráp được bao bọc để ngăn hơi ẩm xâm nhập vào chất điện môi – thiết bị vô tuyến đầu tiên sử dụng một ống bìa cứng được bịt kín bằng sáp. Các tụ điện điện môi bằng giấy hoặc phim hiện đại được nhúng vào một chất dẻo nhiệt cứng. Các tụ điện lớn để sử dụng điện áp cao có thể có dạng cuộn được nén để lắp vào vỏ kim loại hình chữ nhật, với các đầu nối và ống lót được bắt vít để kết nối. Chất điện môi trong các tụ điện lớn hơn thường được ngâm tẩm với chất lỏng để cải thiện các đặc tính của nó.

Một số tụ điện dẫn hướng trục

Các tụ điện có thể có các dây dẫn kết nối của chúng được sắp xếp theo nhiều cấu hình, ví dụ theo trục hoặc xuyên tâm. “Trục” có nghĩa là các dây dẫn nằm trên một trục chung, thường là trục của thân hình trụ của tụ điện – các dây dẫn kéo dài từ các đầu đối diện. Các đạo trình hướng tâm hiếm khi được căn chỉnh dọc theo bán kính của đường tròn của cơ thể, vì vậy thuật ngữ này là thông thường. Các dây dẫn (cho đến khi bị uốn cong) thường nằm trong các mặt phẳng song song với mặt phẳng của thân tụ điện và kéo dài theo cùng một hướng; chúng thường song song như được sản xuất.

Các tụ điện gốm sứ nhỏ, rẻ tiền đã tồn tại từ những năm 1930 trở đi và vẫn được sử dụng rộng rãi. Sau những năm 1980, các gói gắn kết bề mặt cho tụ điện đã được sử dụng rộng rãi. Các gói này cực kỳ nhỏ và không có dây dẫn kết nối, cho phép chúng được hàn trực tiếp lên bề mặt của bảng mạch in. Các thành phần gắn kết bề mặt tránh được các hiệu ứng tần số cao không mong muốn do các đầu dẫn và đơn giản hóa việc lắp ráp tự động, mặc dù việc xử lý thủ công gặp khó khăn do kích thước nhỏ của chúng.

Các tụ điện biến đổi được điều khiển bằng cơ học cho phép điều chỉnh khoảng cách giữa các tấm, ví dụ bằng cách xoay hoặc trượt một tập các tấm có thể chuyển động vào thẳng hàng với một tập các tấm tĩnh. Tụ điện biến đổi giá rẻ ép chặt các lớp nhôm và nhựa xen kẽ với nhau bằng vít. Điều khiển điện của điện dung có thể đạt được với các varactor (hoặc varicaps), là các điốt bán dẫn phân cực ngược có độ rộng vùng suy giảm thay đổi theo điện áp đặt vào. Chúng được sử dụng trong các vòng lặp khóa pha, trong số các ứng dụng khác.

Ứng dụng của tụ điện

Lưu trữ năng lượng
Tụ điện có thể lưu trữ năng lượng điện khi ngắt kết nối khỏi mạch sạc của nó, vì vậy nó có thể được sử dụng như một cục pin tạm thời hoặc giống như các loại hệ thống lưu trữ năng lượng có thể sạc lại khác. Tụ điện thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử để duy trì nguồn điện trong khi pin đang được thay đổi. (Điều này ngăn ngừa mất thông tin trong bộ nhớ dễ bay hơi.)

Tụ điện có thể tạo điều kiện chuyển đổi động năng của các hạt mang điện thành năng lượng điện và lưu trữ nó.

Tụ điện thông thường cung cấp ít hơn 360 jun trên mỗi kg năng lượng cụ thể, trong khi pin kiềm thông thường có mật độ 590 kJ / kg. Có một giải pháp trung gian: siêu tụ điện, có thể chấp nhận và cung cấp điện tích nhanh hơn nhiều so với pin và chịu được nhiều chu kỳ sạc và xả hơn so với pin sạc lại được. Tuy nhiên, chúng lớn hơn 10 lần so với pin thông thường cho một lần sạc nhất định. Mặt khác, người ta đã chỉ ra rằng lượng điện tích lưu trong lớp điện môi của tụ điện màng mỏng có thể bằng, hoặc thậm chí có thể vượt quá lượng điện tích lưu trên các bản của nó.

Trong hệ thống âm thanh xe hơi, các tụ điện lớn tích trữ năng lượng cho bộ khuếch đại sử dụng theo yêu cầu. Ngoài ra, đối với đèn nháy, một tụ điện được sử dụng để giữ điện áp cao.

Bộ nhớ kỹ thuật số
Vào những năm 1930, John Atanasoff đã áp dụng nguyên tắc tích trữ năng lượng trong các tụ điện để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân đầu tiên sử dụng các ống điện tử cho logic.

Sức mạnh xung và vũ khí
Các nhóm tụ điện cao áp lớn, được cấu tạo đặc biệt, có độ tự cảm thấp (các khối tụ điện) được sử dụng để cung cấp dòng điện xung lớn cho nhiều ứng dụng điện xung. Chúng bao gồm hình thành điện từ, máy phát Marx, laser xung (đặc biệt là laser TEA), mạng tạo xung, radar, nghiên cứu nhiệt hạch và máy gia tốc hạt.

Các khối tụ điện lớn (bể chứa) được sử dụng làm nguồn năng lượng cho kíp nổ cầu dây hoặc kíp nổ phụt trong vũ khí hạt nhân và các loại vũ khí đặc biệt khác. Công việc thử nghiệm đang được tiến hành bằng cách sử dụng các dãy tụ điện làm nguồn điện cho áo giáp điện từ và các loại súng điện từ và súng ống cuộn.