Một loại giấy cách điện có thể chịu được cường độ điện trường tối đa E = 1200 V/mm. Có hai tụ điện phẳng có điện dung C1 = 300pF và C2= 600pF với lớp điện môi bằng giấy nói trên có bề dày d=2mm. Hai tụ được mắc nối tiếp, bộ tụ điện đó sẽ bị “đánh thủng” khi đặt vào nó hiệu điện thế

Đáp án:

Khi đặt vào hai đầu bộ tụ điện trên một hiệu điện thế trên 3600V thì bộ tụ sẽ bị "đánh thủng".

Giải thích các bước giải:

- Hiệu điện thế thế tối đa đặt vào mỗi tụ là: \({U_{gh}} = {E_{gh}}.d = 1200.2 = 2400V\)

- Hai tụ mắc nối tiếp nên ta có: \(\begin{array}{l} + \,\,U = {U_1} + {U_2}\,\,\,\,\left( 1 \right)\,\\ + \,\,Q = {Q_1} = {Q_2} \Leftrightarrow {C_1}{U_1} = {C_2}{U_2}\\ \,\,\,\,\, \Leftrightarrow 300{U_1} = 600{U_2} \Leftrightarrow {U_1} = 2{U_2}\,\,\,\,\left( 2 \right) \end{array}\)

- Từ (1) và (2) ta có: \(\left\{ \begin{array}{l} U = {U_1} + {U_2}\\ {U_1} = 2{U_2} \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {U_1} = \frac{{2U}}{3}\\ {U_2} = \frac{U}{3} \end{array} \right.\)

- Theo bài ra ta có:

\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} {U_1} \le {U_{gh}}\\ {U_2} \le {U_{gh}} \end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} \frac{{2U}}{3} \le 2400V\\ \frac{U}{3} \le 2400V \end{array} \right.\\ \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} U \le 3600V\\ U \le 7200V \end{array} \right. \Rightarrow U \le 3600V \end{array}\)

Vậy hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ là 3600V. Nếu đặt vào hai đầu bộ tụ một hiệu điện thế trên 3600V thì bộ tụ sẽ bị "đánh thủng".