Tụ điện là gì? Kí hiệu, ứng dụng và nguyên lý phóng nạp của tụ điện

Tụ điện là gì? Tụ điện có tác dụng gì? Đó là câu hỏi của rất nhiều khán giả gửi về cho LabVIETCHEM trong thời gian qua. Và hôm nay, chúng tôi sẽ giải đáp những thắc mắc này cho các bạn qua nội dung bài viết dưới đây. Cùng theo dõi với chúng tôi nhé!.

Tụ điện là gì?

Tụ điện là gì?

- Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động, được cấu tạo bởi 2 bản cực đặt song song làm bằng giấy thiếc, kẽm hoặc nhôm và ngăn cách bởi lớp điện môi, dùng để lưu trữ năng lượng điện và phóng điện trong một điện trường.

- Điện dung được dùng cho tụ điện là chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất cách điện như Farafin, gốm, màng nhựa, không khí hoặc mica. Nhờ tính không dẫn điện của điện môi mà khả năng tích điện của tụ tăng lên.

- Tụ điện kí hiệu là C, đây là viết tắt của Capacitior trong tên tiếng anh.

Cấu tạo của tụ điện

- Cấu tạo của tụ điện gồm ít nhất hai bản cực kim loại (dây dẫn điện) thường ở dạng tấm kim loại và hai bề mặt này được đặt song song với nhau với một lớp điện môi để ngăn cách.

- Điện môi sử dụng cho tụ điện sẽ là các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa, ….không khí. Lý do sử dụng các chất điện môi này là để tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

 Rơ le nhiệt có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào?

Điện dung. Đơn vị đo giá trị tụ điện là gì?

Điện dung: Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực kim loại của tụ điện. Diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực quyết định điện dung của tụ điện. Điện dung được xác định theo công thức:

C = ξ . S / d

Trong đó

• C : Điện dung tụ điện (Fara).
• ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện của tụ.
• d : là chiều dày của lớp cách điện của tụ.
• S : là diện tích bản cực của tụ điện của tụ.

Đơn vị của tụ điện là Fara. 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế, người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF). Cách quy đổi 1 Fara cụ thể như sau:

1F = 10^-6 µF = 10^-9 nF = 10^-12 pF

Trên thân của mỗi tụ điện đều có ghi các trị số điện áp. Đây là giá trị điện áp tối đa mà các tụ điện có thể chịu được. Nếu sử dụng vượt quá giá trị này thì tụ sẽ bị nổ.

Đặc điểm của tụ điện

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, đồng thời nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thanh dòng điện. Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, giúp tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều

Cấu tạo của tụ điện

Các loại tụ điện

Có nhiều cách phân loại tụ điện, cụ thể như sau:

+> Dựa vào tính chất lí hóa:

- Tụ điện phân cực: Đây là tụ điện có 2 đầu, chúng thường là tụ hóa học và tụ tantalium. Loại tụ này thường có trị số lớn hơn và dùng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn.

- Tụ điện không phân cực: Đây là loại tụ không có quy định cực tính. Tụ này có điện dung nhỏ và dùng nhiều trong mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu.

- Tụ điện hạ áp và cao áp

- Tụ lọc và tụ liên tầng

- Tụ điện tĩnh và tụ điện động

- Tụ xoay có khả năng thay đổi giá trị điện dung

+> Dựa vào dạng thức (chất liệu cách điện giữa bản cực):

- Tụ không khí: Lớp cách điện là không khí.

- Tụ giấy: Bản cực là lá nhôm, chất liệu cách điện là giấy tẩm dầu cách điện.

- Tụ gốm: Lớp điện môi là gốm ta có tụ gốm. Loại tụ này được làm bằng ceramic, phía bên ngoài có bọc keo hoặc nhuộm màu.

- Tụ bạc mica: Lớp cách điện là bạc - mica

- Tụ giấy, tụ bạc - mica và tụ gốm là tụ không phân cực, dáng dẹt. Điện dung của chúng có giá trị khá  nhỏ, khoảng 0,47 µF, kí hiệu trên thân tụ bằng 3 số như 103J, 223K, 471J. 

- Tụ hóa: là tụ điện hình trụ, có phân cực (-), (+) và lớp cách điện là hóa chất. Phần thân của tụ có thể hiện giá trị điện dung và giá trị này thường dao động trong khoảng từ 0,47 µF đến 0,4700 µF.

- Tụ gốm đa lớp: Lớp cách điện là nhiều lớp bản cực bẳng gốm, đáp ứng cao tần và điện áp cao, tốt hơn tụ gốm đất thông thường từ 4 – 5 lần.

- Tụ mica màng mỏng: Lớp cách điện là mica nhân tạo hoặc nhựa, có cấu tạo màng mỏng như Mylar, Polyester, Polycarbonate, Polystyrene.

- Tụ xoay: Tụ này có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung

- Tụ tantalum: Bản cực làm bằng nhôm và dung môi là gel tantal. Trị số điện dung rất lớn với thể tích nhỏ.

- Tụ Lithium ion: Năng lực của tụ rất lớn nên có thể dùng để tích điện 1 chiều.

- Tụ siêu hóa: Dung môi cách điện là đất hiếm, có khối lượng năng hơn tụ nhôm hóa học và trị số điện dung lên đến hàng F. Nhờ trị số cực lớn mà ta có thể dùng nó như một nguồn pin cấp cho vi xử lý hoặc các mạch đồng hồ cần phải cung cấp điện liên tục.

Hình ảnh một số loại tụ điện

Mỗi tụ điện đều có một hiệu điện thế giới hạn nhất định. Nếu hiệu điện thế đặt vào giữa 2 bản tụ mà lớn hơn hiệu điện thế giới hạn thì điện môi giữa hai bản này sẽ bị đánh thủng.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Tụ điện hoạt động theo nguyên lý nạp - xả.

- Nguyên lý phóng nạp: Là khả năng tích trữ năng lượng điện giống một ắc quy nhỏ dưới dạng điện trường. Tụ điện có thể lưu trữ hiệu quả các electron (không tự sinh ra các electron), sau đó phóng ra điện và tạo thành dòng điện.

- Nguyên lý nạp xả: Nhờ có tính chất nạp xả mà tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều. Khi điện áp giữa 2 bản mạch biến thiên theo thời gian (không thay đổi đột ngột) mà bạn cắm nạp hoặc xả tụ, hiện tương tia lửa điện sẽ xảy ra do dòng điện bị tăng vọt. Và đây chính là nguyên lý nạp xả của tụ điện.

Công dụng của tụ điện là gì?

- Tụ điện có tác dụng như một ắc quy, có khả năng lưu trữ điện năng mà không làm tiêu hao năng lượng.

- Tụ điện cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nên có khả năng dẫn điện như một điện trở đa năng, hỗ trợ đắc lực cho việc lưu thông điện áp qua tụ. Khi điện dung của tụ càng nhỏ thì dung kháng càng lớn.

- Nhờ vào nguyên lý nạp xả thông minh, ngăn điện áp một chiều và cho phép điện áp xoay chiều đi qua mà việc truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch điện thế.

- Nhờ việc loại bỏ pha âm mà tụ điện có khả năng lọc điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.

Năng lượng điện trường chính là điện trường tích tụ trong tụ điện.

W = Q*U/3 = C*U²/2 = Q²/(2*C)

Hiện nay, tụ điện chủ yếu được sử dụng trong kỹ thuật và điện tử, hệ thống âm thanh xe hơi. Ngoài ra tụ điện còn được dùng trong máy phát điện, thí nghiệm vật lý, vũ khí hạt nhân, radar, xử lý tín hiệu, khỏi động động cơ,….và là linh kiện quan trọng nhất của bo mạch bếp từ.

Cách mắc tụ điện

Có 2 cách mắc tụ điện, bao gồm:

+> Tụ điện mắc nối tiếp

Các tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương C_tđ được tính bởi công thức:

1/C_tđ = (1/C1 ) + ( 1/C2 ) + ( 1/C3 )

Trường hợp chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp thì C_tđ = C1.C2 / ( C1 + C2 )

Khi mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng của tụ tương đương bằng tổng điện áp của các tụ cộng lại.

U_tđ = U1 + U2 + U3

Đối với các tụ hóa khi mắc nối tiếp cần chú ý chiều của tụ điện, cực âm tụ trước phải nối với cực dương tụ sau.

+> Mắc tụ điện song song

Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại. C_tđ = C1 + C2 + C3

Điện áp chịu đựng của tụ điện tương tương được xác định bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất.

Đối với tụ hoá thì các tụ phải được đấu cùng chiều âm dương.

Trên đây là một số thông tin mà LabVIETCHEM muốn chia sẻ về tụ điện là gì? Tụ điện có tác dụng gì? Cách mắc tụ điện ra sao? Hy vọng các bạn đã có thêm những kiến thức hữu ích về tụ điện và nắm được tầm quan trọng của nó trong cuộc sống hàng ngày.

XEM THÊM:

>>> Ampe kìm cấu tạo và cách sử dụng Ampe kế

>>> Sử dụng đồng hồ vạn năng kiểm tra đi ốt như thế nào?