关于电容器的工作原理
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发布日期:2017-5-18

   这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质(包括空气)构成的。通电后,极板带电,形成电压(电势差),但是由于中间的绝缘物质,所以整个电容器是不导电的。不过,这样的情况是在没有超过电容器的临界电压(击穿电压)的前提条件下的。我们知道,任何物质都是相对绝缘的,当物质两端的电压加大到一定程度后,物质是都可以导电的,我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外,电容被击穿后,就不是绝缘体了。不过在中学阶段,这样的电压在电路中是见不到的,所以都是在击穿电压以下工作的,可以被当做绝缘体看。 但是,在交流电路中,因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的,这个时候,在极板间形成变化的电场,而这个电场也是随时间变化的函数。实际上,电流是通过场的形式在电容器间通过的。



图中,A与B为平行放置的导电极板,其间隔以绝缘物质(如空气),经由一开关S连接至一直流源E。两极板未接通电源前均保持中性为不带电之状态。当S闭合后,极板A之电子被吸引向电池的正极,因而A呈现带正电荷的现象;同时电池负端的电子则被排斥向极板B,使B呈现带负电荷的现象;因此,在A、 B两极板之间形成电场并建立一电位差V。这种电子流动的现象持续进行,所转移之电量与电源之电压成正比,直至AB两极板间之电位差与电源电压相等时 
(V = E),才停止电子之移动。电子流动的过程中,将电源的能量带出而转存于两极板之上,也就是说储存了电荷。 
如上所述,将两平行导电极板隔以绝缘物质而具有储存电荷能力的器材,称 
为电容器(capacitor或condenser)。导电极板称为电容器之电极(electrode),绝缘物质称为电介质(dielectric)或简称介质。 
电容量(capacitance)是用来表示电容器能储蓄电荷的能力(或容量)。各种电容器,因导体的大小体形状体材质及板间距离与介质种类等因素的不同而有不一样的电容量,但所能储存的电荷量Q与其电位V系成正比,即 Q=CV 
式中的比例常数C即为电容器之电容量,简称电容。 C=Q/V 
电容的单位为「库能/伏特」,为了纪念科学家法拉第(Michael Faraday l791~1867,英)对电学的伟大贡献,将1库仑/伏特的电容称为1法拉(farad) 
,简称法,单位记号为F或f。在实用上,法拉之单位常嫌过大,例如一个球体 
若要1法拉的电容,则半径必须为9*10e9公尺!因此常以微法(μF)或微微法(μμF或pF)来表示电容值的大小。 
两平行金属板电容器是最简单而且实用的电容器,在两板之间填以介质,两板之间隔d甚小于板的面积A,如下图所示。电容之大小与金属板之面积及介质之介电系数ε成正比,而与两板间之距离成反比,即 C=(εA)/d 
真空或空气之介电系数为ε =8.84*10e-12(F/m)。

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