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电场能与电容器的储能原理

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:充电的电容器中储存着电能,这些电能存在于电容器两极板间的电场中,因而又称为电场能。电容器带电时,它的两个极板间具有电势差U,对于任何电容器,这个电势差都随极板所带电荷量Q的增加而增加,它们的比值是一个常量。固定电容器的两组极板正对面积、距离以及极板间的电介质都不能改变,因此它的电容也不能改变。两层金属薄蜡就是电容器的两个极板,陶瓷就是电容器两板间的电介质。

电场能与电容器的储能原理

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图2-7 电容器的充电和放电

电容器原理似两块平行金属板相对放在一起的情形。这样的装置称为平行板电容器,它是电容器的一种,任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。这两个导体称为电容器的两个极板。电容器在电子技术电工技术中有很重要的应用。

为什么把这样的装置叫做电容器呢?因为它可以储存电荷,把电容器的两个极板分别与电池的两极相连,两个极板就会带上等量异种电荷,这一过程叫做充电(见图2-7a),从电流计上可以观察到充电电流。电容器的一个极板所带电荷的绝对值,叫做电容器的带电量。充电后电容器的两极板间存在电场。用导线把电容器的两板接通,两板上的电荷中和,电容器不再带电,这一过程叫做放电(见图2-7b)。从电流计上可以观察到放电电流。

充电的电容器中储存着电能,这些电能存在于电容器两极板间的电场中,因而又称为电场能。充电的时候,电源的能量转化为电场能;放电的时候,电场转化为其他形式的能。

电容器带电时,它的两个极板间具有电势差U,对于任何电容器,这个电势差都随极板所带电荷量Q的增加而增加,它们的比值是一个常量。但是,对于不同的电容器,这个比值一般并不相同,可见这个比值表征了电容器的特性。

电容器所带的电荷的电荷量Q跟它的两个极板间的电势差U的比值,叫做电容器的电容,用C表示,即

C=Q/U

国际单位制中,电容的单位是法拉,简称法,符号为F。一个电容器,如果电荷量为1C,两极板电势差恰为1V,这个电容器的电容就是1F,F这个单位太大,实际中常用较小的单位:微法(μF)和皮法(pF)。它们之间的关系为

1μF=10-6F

1pF=10-12F(www.xing528.com)

一般来说,构成电容器的两个导体的正对面积越大,距离越近,这个电容器的电容就越大,两个导体间电介质的性质也会影响电容器的电容。

从构造上看,常用电容器可以分为固定电容器和可变电容器两大类。

图2-8 a是用在收音机中的可变电容器,它有互相绝缘的两组金属片,固定的一组金属片叫做定片,可以转动的一组金属片叫做动片,转动动片,两组金属片的正对面积发生变化,电容也随着改变。

固定电容器的两组极板正对面积、距离以及极板间的电介质都不能改变,因此它的电容也不能改变。按照介质的种类划分,常用的固定电容器有聚苯乙烯电容器、陶瓷电容器和电解质电容器等。

两层铝箔,分别衬上聚苯乙烯薄膜,一起卷成圆柱体,就制成了聚苯乙烯电容器(见图2-8b),改变铝箔的面积或薄膜的厚度,可以制成电容大小不同的聚苯乙烯电容器。

在陶瓷片的两面或陶瓷管的内外壁各镀一层金属薄膜,就制成了陶瓷电容器(见图2-8c)。两层金属薄蜡就是电容器的两个极板,陶瓷就是电容器两板间的电介质。

电解电容器的外形如图2-8d所示。这种电容器用铝箔作一个极板,用铝箔上很薄的一层氧化膜作电介质,用浸渍过电解液的导电纸作另一个极板,由于氧化膜很薄,电解电容器的电容较大。

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图 2-8

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