Lỗi sai kiến thức nhức nhối của bài tập tụ điện sách nâng cao lớp 11

[khanhduyhv]

Sau đây tôi xin trình bày về lỗi sai tư duy dẫn đến tính toán vô lý trong bài tập số 3 trang 42 SGK vật lý 11 nâng cao (có ảnh trong phần đính kèm phía dưới) mời các bạn bỏ xíu thời gian xem sơ qua bài toán ngắn này.

Sau khi đã xem xong tôi xin trình bày:

+ Trước hết tôi hoàn toàn đồng tình với câu a và cách giải.
 
+ Còn câu b theo tôi là một câu hỏi đầy tham vọng và thực tế thì đó là một lỗi về tư duy khi đem những công thức lý tưởng để tính hao phí mà không hề cho biết thêm 1 tham số hao phí nào khác.

+ Tôi đồng tình với cách tính ở phần đầu câu b cho đến phần tôi khoanh tròn màu xanh. (ảnh trong file đính kèm). Các bạn có thể đọc kỹ lại câu này trong SGK:
“Năng lượng của tụ điện tăng lên là do nguồn đã thực hiện công để đưa thêm điện tích đến tụ điện”
Câu này không gì sai nhưng công thức tôi khoanh đỏ thỳ có vấn đề.
A= ⍙q.U
Thưa các bạn chúng ta đều biết công thức tính công này này trong bài công của lực điện hiệu điện thế, thoạt nhìn thì đây có vẻ là một công thức hoàn toàn bình thường vô hại nhưng đáng tiếc là nó chỉ áp dụng đối với những trường hợp đơn giản còn với tụ điện thỳ công thức này rất lệch lạc!

+ Chính xác theo tôi  thì công thức đúng của bài toán sẽ là:
A= 1/2⍙q.U
Sau đây tôi sẽ trình bày lý do của công thức mà tôi đưa ra ở trên:

Nếu các bạn có SGK 11 vật lý nâng cao thì các bạn có thể lật ra trang 38 phần b công thức tính năng lượng của tụ điện:
Và dễ dàng tìm thấy

A= 1/2Q.U
đây là cơ sở để tôi phán đoán và đưa ra công thức A= 1/2⍙q.U

Thưa các bạn để dễ hiểu hơn tôi sẽ khái quát lại quá trình sạc điện của tụ điện:

Cho một tụ điện C chưa nạp điện được gắn vào hai đầu ắc quy có hiệu điện thế U, bản cực A của C được gắn vào cực dương và bản cực B của C được gắn vào cực âm của ắc quy.
Thời điểm chưa đóng mạch thì 2 bản A B của C trung hòa về điện

Khi đóng mạch thì các electron (e-) từ bản A sẽ chạy qua nguồn điện và qua bản B.

Quá trình này tiếp điễn đến khi bản A có điện tích Q+ (Q=C.U) và bản B có điện tích Q-.

Vậy tổng số điện tích chạy qua nguồn là ⍙q = Q

Nếu chiếu theo công thức của tác giả bài 3 trang 42 SGK mà tôi vừa đánh dấu đỏ thỳ công do nguồn thực hiện sẽ là:
A= ⍙q.U
<=> A= Q.U  vậy tụ điện sẽ nhận được 1 công bằng :Q.U

Công thức này hoàn toàn mâu thuẫn và lớn gấp đôi với công thức cơ bản ở SGK trang 38:
A= 1/2Q.U

Vì vậy đây là 1 sai lầm cơ bản nhưng rất khó thấy. A= Q.U chỉ đúng trong trường điện tĩnh đơn giản còn với các trường hợp phức tạp hơn như trong tụ điện thỳ nó không còn chính xác nữa.

Và quay lại bài toán câu b nếu các bạn thay công thức của tôi (A= 1/2⍙q.U) vào và tính tiếp thỳ kết quả sẽ ra hao phí bằng 0. Vì như tôi đã nói ban đầu, nếu ko cho tham số hao phí thỳ làm gì tính được hao phí với những công thức lý tưởng.

Còn sở dĩ bài này tác giả tính kết quả hao phí bằng 0.001J là do đã tính sai phần năng lượng nguồn cung cấp lên gấp đôi nên lúc trừ ra sẽ thừa phần tăng lên đó.
tóm lại lỗi sai ở đây chỉ đơn giản là cách tính công mà tụ nhận đc:
A= 1/2⍙q.U (đúng)
A= ⍙q.U (sai)
Cảm ơn các bạn đã chú ý theo dõi!