Trị số điện dung là gì? Ý nghĩa và công thức tính bạn cần biết

Trị số điện dung là một đại lượng thường được nhắc đến trong lĩnh vực điện tử. Vậy trị số điện dung đóng vai trò thế nào, mang những ý nghĩa gì và công thức tính như thế nào? Những thông tin này sẽ được giải đáp chi tiết trong nội dung bài viết dưới đây.

Trị số điện dung là gì? Trị số thể hiện điều gì?

Trị số điện dung hay điện dung của tụ điện là đại lượng thể hiện khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định.

Như chúng ta đã biết, tụ điện có cấu tạo với hai bản kim loại đặt song song với nhau, ở giữa là lớp điện môi cách điện. Lớp điện môi này thường được làm từ các chất liệu như thủy tinh, gốm, giấy tẩm hóa chất hoặc không khí,… Chất điện môi sẽ tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện. Điện môi không khí thì gọi là tụ không khí, điện môi gốm thì tạo ra tụ gốm,… như vậy chúng ta sẽ có những loại tụ điện khác nhau.

Mỗi loại tụ điện sẽ có công dụng và trị số điện dung khác nhau. Điện tích Q của tụ điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U giữa 2 bản tụ.

Khi cấp cho tụ điện một điện áp, hai cực sẽ tích điện tích trái dấu và lớp điện môi ở giữa sẽ tích điện trường. Điện trường này tích tụ nhiều hay ít phụ thuộc vào trị số điện dung của tụ điện.

Trong hệ SI, trị số điện dung được thể hiện bằng đơn vị Fara với ký hiệu là chữ F. Quy đổi giá trị F được tính như sau:

1pF = 10-12F
1nF = 10-9F
1μF = 10-6F
1mF = 10-3F

Bên cạnh việc nắm được trị số điện dung, bạn cũng cần xác định loại điện môi. Điện môi dẫn điện kém nên có điện trở suất rất cao.

Ý nghĩa của trị số điện dung

Nguyên lý tích trữ năng lượng điện trường trong tụ điện thông qua việc lưu trữ các electron và thực hiện việc phóng điện tích để tạo thành dòng điện. Đó là lý do mà tụ điện có khác năng dẫn điện xoay chiều.

Điện áp xoay chiều biến thiên theo thời gian, việc thực hiện nạp và xả tụ khiến dòng tăng vọt dẫn đến tia lửa điện và nổ tụ. Đó là lý do mà chúng ta cần quan tâm đến giá trị điện môi và trị số điện dung của tụ điện để đảm bảo an toàn cho mạch.

Nếu điện áp đặt vào tụ cao hơn định mức sẽ có thể phá vỡ điện môi giữa hai bản tụ gây phát nổ. Một nguyên nhân khác khiến tụ điện phát nổ là do rò rỉ hoặc bốc hơi chất điện môi. Điều này là hệ quả của việc tụ bị nóng hoặc kết nối sai, nguồn không phù hợp với định mức của tụ.

Chính bởi vậy, trị số điện dung đóng vai trò rất quan trọng trong việc lắp đặt tụ điện. Điện dung giúp xác định khả năng tích điện của tụ. Nhờ đó, người dùng sẽ đặt đúng điện áp định mức, hạn chế tình trạng hư hỏng tụ điện trong mạch.

Công thức tính giá trị điện dung

Trị số điện dung của tụ điện được tính theo công thức sau:

Q = C*U hay C = Q/U

Trong đó:

C là trị số điện dung của tụ điện với đơn vị tính là F
Q là điện tích
U là hiệu điện thế đặt vào 2 bản tụ với đơn vị tính là V

Tuy nhiên, mỗi loại tụ sẽ có công thức tính trị số điện dung khác nhau.

Công thức tính điện dung của tụ phẳng

Tụ phẳng là loại tụ điện có hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau. Lớp điện môi sẽ ngăn cách hai bản kim loại này để thực hiện tích điện.

Khi nguồn điện được nối vào hai bản của tụ điện thì quá trình tích điện cho tụ sẽ diễn ra. Cực dương nối với bản tụ dương, cực âm nối với bản tụ âm.

Công thức tính trị số điện cho tụ điện phẳng như sau:

Trong đó:

d: Khoảng cách giữa hai tụ (m)
S: Diện tích bản tụ (m2)
ε: Hằng số điện môi

Từ công thức tính này ta thấy điện dung của tụ điện phẳng phụ thuộc khá nhiều vào khoảng cách giữa hai bản tụ, diện tích và loại điện môi. Chất liệu làm bản tụ không ảnh hưởng đến trị số điện dung.

Công thức tính trị số điện dung của tụ hóa (tụ trụ)

Tụ hóa hay tụ điện phân là tụ điện phân cực với bản cực dương làm bằng kim loại. Trong đó điện môi là lớp oxit cách điện. Trên thị trường có hai loại tụ hóa phổ biến là hình trụ và dạng xuyên tâm. Công thức tính điện dung của tụ trụ đó là:

Trong đó:

H là chiều cao bản tụ
R1 là bán kính tiết diện mặt trụ trong
R2 là bán kính tiết diện mặt trụ ngoài

Đối với loại tụ điện này, trị số điện dung phụ thuộc vào tiết diện của tụ, tiết diện càng lớn thì trị số càng nhỏ, chiều cao của tụ càng lớn thì trị số càng lớn.

Công thức tính điện dung của tụ điện cầu

Tụ điện cầu có hình cầu với công thức tính trị số điện dung như sau:

Trong đó:

R1: Bán kính mặt cầu trong
R2: Bán kính mặt cầu ngoài

Như vậy, loại tụ điện cầu có trị số điện dung phụ thuộc vào bán kính dạng cầu của tụ.

Công thức tính trị số điện dung của bộ tụ điện

Trong mạch điện, ngoài việc sử dụng đơn lẻ thì các tụ điện còn được mắc nối tiếp hoặc song song. Mỗi loại mắc sẽ có một cách tính điện dung tổng khác nhau.

Công thức tính điện dung của tụ điện mắc nối tiếp