第一章第5节电容器

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1、第一章第5节电容器电容器电视机、计算机的电路板上，有许多较大的圆柱状元件，叫做电容器（capacitor）。它是电路中不可缺少的元件，在电子技术和电工技术中有十分重要的应用。打开收音机、电视机、计算机和各种电子设备的外壳，你在线路板上会发现各种其他形状、其他颜色的电容器（图1.5-1）。图1.5-1计算机主板上有许多电容器块靠得很近、用空气或其他物质绝缘的平行金属板就构成一种最简单的电容器，称为平行板电容器（图1.5-2甲）。这两块金属板叫做电容器的极板。为了增大容量，减小体积，常常把极板和绝缘介质卷起来，把电容器做成圆柱状（图1.5-2

2、乙）。事实上，尽管形形色色的电容器大小、形状各异，它们往往都是平行板电容器的某种变形。图1.5-2丙是普通电容器的符号。图1.5-2电容器及其符号电容器的工作包括两个过程：充电和放电。8/8演示电容器充放电1．充电过程按图1.5-3连接电路，闭合开关，观察充电电流的变化情况。图1.5-3电容器充电过程2．放电过程按图1.5-4连接电路闭合开关，观察放电电流的变化情况。图1.5-4电容器放电过程在上面的电容器充电、放电过程中，怎样用多用电表显示电容器两极板间电压的变化？想一想，做一做。电容器的充、放电过程，实际上是电场能与其他形式能量相互转

3、化的过程。充电时，电源的能量转化为电场能储存在电容器中；放电时，电场能又转化为其他形式的能量。所以电容器实际上是一个储能元件。用电源就可以直接供电了，为什么还要用电容器把电能储存起来呢？这是因为，有的用电器需要提供很大的瞬时工作电流，而一般小型电源难以应付，此时大容量电容器可以解决这个问题。例如，照相用闪光灯（图1.5-5）工作时间很短，小于0.001s，而工作电流可达数百安培，摄影时电容器通过闪光灯管迅速放电，发出耀眼的白光，之后电源以较小的电流经过几秒钟为电容器充电，以供下次闪光使用。8/8图1.5-5照相机外置闪光灯由于电容器充电、

4、放电过程需要一段时间，利用这个特性，电容器常常用在延时电路中，例如许多楼道灯自动开关（图1.5-6）就利用了电容器的延时功能，当人走来时电灯点燃，过一段时间才自动熄灭。图1.5-6声控-光控自动延时开关的内部结构电容不同电容器存贮电荷的能力不同，物理学中用电容（capacitance）这个物理量来表示这种特性。就像不同大小的容器需要注入不同的水量才能达到相同的水位一样（图1.5-7），不同电容的电容器充电到相同电压，所需的电荷也不同。容器中的水位随着水量的增加而升高，电容器两端的电压随着电容器极板所带电荷的增加而增加。对同一电容器，它们的

5、比值是一个常量，称为电容器的电容，用C表示C=8/8图1.5-7电容的大小等于电容器两端电压每升高1V时一个极板上增加的电荷。电容值表征了电容器的储能特性。在国际单位制中，电容的单位是法拉（farad），简称法，符号为F。实际上常使用较小的单位：μF（微法）、pF（皮法）。1μF=10-6F1pF=10-6μF=10-12F电容器的主要技术指标是电容量和耐压值。电容器在使用时，它两端的电压必须小于耐压值，否则电容器极板间的绝缘材料会被击穿（绝缘性能被破坏）。图1.5-8这是某种电容器的外观，它的电容量是多少？耐压值是多少？例题一个电容量为

6、100μF，耐压值为10V的电容器最多能存储多少电荷？如果它两端的实际电压为6V，此时电容器的电容和所带电荷为多少？解：电容器能存储电荷的最大值Qmax由电容器的电容量C和耐压值U0所决定，因此8/8Qmax=CU0=100×10-6F×10V=1×10-3C当电容器两端实际电压为6V时，电容器的电容仍为100μF，而此时电容器的电荷为Q=CU=100×10-6F×6V=6×10-4C。必须指出，电容器电容的大小是由它本身的结构决定的，而不是由它所带电荷的多少或两端电压高低所决定的。实验证明，平行板电容器的电容由两极板正对面积、极板间的距

7、离以及极板之间的电介质性展所决定；极板正对面积越大、极板之间距离越小，电容就越大。常用电容器常用电容器按结构可分为：固定电容器，可变电容器。固定电容器的电容是固定不变的，它的种类很多，常用的有聚苯乙烯电容器、瓷介电容器和电解电容器等。图1.5-9形形色色的电容器在两层铝箔中间夹以聚苯乙烯薄膜，一起卷绕成圆柱体，就制成了聚苯乙烯电容器。改变铝箔的面积和聚苯乙烯薄膜的厚度，可以制成电容大小不同的电容器。瓷介电容器也称陶瓷电容器，是以陶瓷为介质，在陶瓷表面涂覆金属（通常为银）薄膜，再经过高温烧结后作为电极。电解电容器（图1.5-10），是用高纯

8、度的铝箔和浸渍过电解液的导电纸作为极板卷制而成的。在制作过程中，使铝箔表面产生一层极薄的氧化铝膜作为绝缘介质。由于氧化膜很薄，所以电容量可以做得很大。电解电容器有一定的极性，使用时不能接错。8