Cho ba tụ mắc như hình vẽ, với \({C_1} = 4\mu F\) có hiệu điện thế giới hạn là \(1000V\), \({C_2} = 2\mu F\) có hiệu điện thế giới hạn \(500V\), \({C_3} = 3\mu F\) có hiệu điện thế giới hạn là \(300V\). Hỏi hai đầu A, B mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế tối đa bao nhiêu để bộ tụ không bị hỏng?
Trả lời bởi giáo viên
Gọi \(U\) là hiệu điện thế của bộ tụ
+ Từ mạch, ta có: \(\left( {{C_1}//{C_2}} \right)nt{C_3}\)
\({C_{12}} = {C_1} + {C_2} = 4 + 2 = 6\mu F\)
Điện dung của toàn mạch: \(\dfrac{1}{C} = \dfrac{1}{{{C_{12}}}} + \dfrac{1}{{{C_3}}}\)
\( \Rightarrow C = \dfrac{{{C_{12}}{C_3}}}{{{C_{12}} + {C_3}}} = \dfrac{{6.3}}{{6 + 3}} = 2\mu F\)
\( \Rightarrow Q = CU = 2U = {Q_{12}} = {Q_3}\)
+ Điều kiện để bộ tụ tồn tại: \(\left\{ \begin{array}{l}{U_1} = \dfrac{{{Q_{12}}}}{{{C_1}}} = \dfrac{{2U}}{4} \le 1000V\\{U_2} = \dfrac{{{Q_{12}}}}{{{C_2}}} = \dfrac{{2U}}{2} = U \le 500V\\{U_3} = \dfrac{{{Q_3}}}{{{C_3}}} = \dfrac{{2U}}{3} \le 300V\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}U \le 2000V\\U \le 500V\\U \le 450V\end{array} \right. \Rightarrow U \le 450V\)
Vậy, cần mắc hai đầu A, B vào nguồn điện có hiệu điện thế tối đa \(450V\) để bộ tụ không bị hỏng.
Hướng dẫn giải:
+ Vận dụng biểu thức tính điện dung của tụ khi ghép nối tiếp: \(\dfrac{1}{{{C_{nt}}}} = \dfrac{1}{{{C_1}}} + \dfrac{1}{{{C_2}}} + ... + \dfrac{1}{{{C_n}}}\)
+ Vận dụng biểu thức tính điện dung của tụ khi ghép song song: \({C_{//}} = {\rm{ }}{C_1} + {\rm{ }}{C_2} + {\rm{ }} \ldots + {\rm{ }}{C_n}\)
+ Vận dụng biểu thức tính điện tích: \(Q = CU\)
+ Điều kiện để tụ không bị đánh thủng