Tụ điện: điện dung và tụ trong mạch

Bài "Tụ điện" trong chủ đề Điện trường, Vật lí 11 (Chương trình GDPT 2018) nêu công thức điện dung tụ phẳng C = ε₀·S/d: điện dung chỉ phụ thuộc diện tích bản S và khoảng cách hai bản d, không phụ thuộc hiệu điện thế đặt vào. Mô phỏng dựng một tụ điện phẳng trên canvas để học sinh kéo thanh trượt S, d, U và nhìn thấy ngay điện tích Q = CU cùng năng lượng W = ½CU² thay đổi ra sao, thay vì chỉ nhớ công thức. Màn "Điện dung" cho nối hoặc ngắt tụ khỏi pin: khi còn nối pin, đổi S hoặc d làm điện dung và điện tích đổi còn hiệu điện thế giữ theo pin; khi ngắt pin, điện tích trên tụ được giữ nguyên (mạch hở) nên đổi S hoặc d lúc này lại làm hiệu điện thế U = Q/C tự thay đổi — một điểm học sinh hay nhầm lẫn. Có thể bật hiện điện tích trên hai bản, đường sức điện trường và một vôn kế kéo-thả để đo trực tiếp hiệu điện thế giữa hai bản. Với S = 60 cm², d = 4 mm, U = 6 V, điện dung tính được là 13,3 pF, điện tích 79,7 pC, đúng theo công thức C = ε₀S/d. Màn "Bóng đèn" cho nạp tụ bằng pin rồi chuyển công tắc sang bóng đèn để tụ phóng điện: dòng điện và độ sáng giảm dần theo hàm mũ I(t) = (U₀/R)e^(−t/RC), đèn sáng nhất ngay khi vừa ngắt pin rồi tắt dần về không. Học sinh tự đổi S, d, U trước khi xả để thấy tụ có điện dung lớn hơn thì xả chậm hơn. Câu hỏi gợi ý: – Tăng gấp đôi diện tích bản tụ (giữ nguyên d, U) thì điện dung, điện tích và năng lượng thay đổi thế nào? – Vì sao khi ngắt pin rồi giảm khoảng cách hai bản, hiệu điện thế giữa hai bản lại giảm chứ không phải do pin? – Vì sao bóng đèn sáng nhất ngay khi vừa ngắt pin rồi tắt dần chứ không tắt ngay lập tức?