Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua, các bản cực của tụ điện sẽ tích điện trái dấu. Khoảng không gian giữa hai bản cực sẽ tích lũy một điện trường và giá trị này sẽ phụ thuộc vào điện dung của tụ điện. Vậy điện dung là gì, công thức tính ra sao và ứng dụng thực tế như thế nào? Cùng tham khảo bài phân tích sau từ BTB Electric.
Điện dung của tụ điện là gì?
Điện dung là đại lượng vật lý biểu trưng cho khả năng tích điện của tụ điện. Đại lượng này dựa trên tỉ số điện tích trên cặp bản cực với hiệu điện thế của dòng điện chạy qua. Công thức tính điện dung như sau:
Trong đó:
- C là điện dung (Fara, F)
- q là điện tích lưu trữ (Coulomb, C)
- U là hiệu điện thế (Volt, V)
Các tấm cực dẫn điện có một số điện tích Q1 và Q2 (nếu một tấm có điện tích +q, thì tấm kia có điện tích -q). Điện trường trong vùng giữa hai tấm phụ thuộc lượng điện tích cung cấp cho các tấm đó. Giá trị này tỉ lệ thuận với trị số điện dung tụ điện, ngược lại hiệu điện thế giữa hai đầu mạch tỉ lệ nghịch với điện dung.
Đơn vị của điện dung là F, các đơn vị liên quan thường sử dụng là:
Ngoài điện tích và hiệu điện thế, điện dung còn phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc, khoảng không gian giữa hai bản mặt, vật liệu làm bản cực và cả nhiệt độ của tụ điện, cụ thể:
- Diện tích mặt tiếp xúc: Diện tích càng lớn tạo lớp điện tử dày hơn, tăng khả năng lưu trữ điện tích nên điện dung càng cao.
- Khoảng cách bản mặt: Khoảng cách càng nhỏ tạo trường điện càng mạnh, tăng khả năng hút điện tích nên điện dung càng cao.
- Vật liệu làm điện cực: Vật liệu có điện dung riêng cao sẽ làm điện dung tụ càng cao.
- Nhiệt độ tụ điện: Nhiệt độ tăng làm giảm độ dẻo, tăng độ dẫn điện khiến điện dung giảm.
- Điện áp: Tỉ lệ nghịch với điện dung theo công thức tính.
Điện dung trong tụ bù điện thường có đơn vị là F
Công thức tính toán điện dung trong tụ điện
Trong công thức tính điện dung trong tụ điện, có ɛ là hằng số điện môi của lớp cách điện giữa hai bản cực. ɛ0 và k là hai hằng số quan trọng với:
Trong tụ điện phẳng:
Trong đó:
- d là chiều dày lớp cách điện (khoảng cách giữa hai bản cực) (mét, m)
- S là diện tích bản cực (mét vuông, m2)
- 0 là hằng số điện môi, tại không khí là
Ví dụ một tụ điện có cấu tạo gồm 2 tấm kim loại diện tích 30cm x 50xm, cách nhau 10mm và dùng không khí làm điện môi duy nhất. Cách tính điện dung tụ điện như sau:
Trong tụ điện trụ:
Trong đó:
- h là chiều cao tụ điện (mét, m)
- R₁ là bán kính tiết diện của mặt trụ trong (mét, m)
- R₂ là bán kính tiết diện của mặt trụ ngoài (mét, m)
- In là cường độ dòng điện định mức của tụ bù điện (ampe, A)
Trong tụ điện cầu:
Khi mắc tụ nối tiếp:
Khi mắc tụ song song:
Với i = 1, 2, 3,…, n
Đọc thêm: Dung kháng tụ điện là gì? Công thức tính và ứng dụng
Cách tăng điện dung tụ điện
Để tăng trị số điện dung tụ điện, cần tác động vào các yếu tố ảnh hưởng tới đại lượng này:
- Tăng diện tích bề mặt: Sử dụng các cấu trúc tụ bù có bề mặt lớn hơn hơn hoặc thay đổi hình dáng điện cực.
- Giảm khoảng cách điện cực: Sử dụng tụ bù có thiết kế tiên tiến.
- Thay đổi vật liệu điện cực: Dùng vật liệu có điện dung riêng cao hơn như các loại polymer hay các hợp chất chất lượng cao.
- Sử dụng tụ điện chất lượng cao: Chọn tụ điện dùng công nghệ và thiết kế mới.
- Giảm điện áp hoạt động: Cần thực hiện cẩn trọng vì tiềm ẩn nguy cơ cháy hỏng tụ.
Giá trị điện dung của tụ bù điện ảnh hưởng tới tính an toàn của thiết bị điện và con người khi vận hành. Do vậy khi thiết kế và chọn tụ bù bạn nên chú ý tới thông số này. Để có thể tìm hiểu thêm các thuật ngữ khác trong ngành điện, bạn xem tại: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/thuat-ngu-nganh-dien/
