电容

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电容(Capacitance)

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什么是电容

  电容是指在电路学里,给定电势差,电容器储存电荷的能力,标记为C。采用国际单位制,电容的单位是法拉(farad),标记为F。电容的电路符号和有关的电参量如图所示。

Image:电容的电路符号.jpg

电容的内容[1]

  电容是电学中一个重要的物理量,它反映了导体的储电和储能本领.电容器是由两个用绝缘物质隔开的金属导体组成的一种常用的电工学和电子学元件.电容器不仅可以储存电荷,还可以储存能量。

  1.孤立导体的电容

  孤立导体是指其他导体与带电体都离它足够远时的导体.设真空中有一个电量为q,半径为R的孤立导体球,如取无限远处电势为零,则它的电势为U=\frac{q}{4\pi\epsilon_0R}.对于给定的孤立导体球,比值\frac{q}{U}=4\pi\epsilon_0R,是一个仅与导体的形状、大小有关的常量,与其所带的电量、电势无关.这是孤立导体球的一个重要的电学性质.理论和实验证明,任何孤立导体都具有这一性质,因此,我们定义孤立导体的电量q与其电势U的比值为孤立导体的电容(capacity),用C表示,即

  C=\frac{q}{U}

  式中的物理意义是导体电势每升高1个单位所需的电量.可见电容C是表征导体容电能力的一个物理量.

  电容的单位为法[拉](F).当导体所带的电量为1库[仑](C),相应的电势为l伏(V)时,其电容就是1法[拉],即1F=C\cdot V^{-1})

  若将地球看成一半径为R的孤立的导体球,其电容

  C=4\pi\epsilon_0R=7.08\times10^{-4}F

  庞大地球的电容还远远不到1法[拉],可见,法[拉]单位太大,在实际应用中,经常用微法(μF)和皮法(pF),其关系为

  1F = 106F = 1012pF

  2.电容器的电容

  实际的导体往往不是孤立的,周围还常常存在着别的导体,且必然存在着静电感应现象,这时,电场的分布将与孤立带电体情况不同,导体的电势不仅与它所带的电量有关,而且还与其他导体的位置、形状及所带电量有关.也就是说,其他导体的存在将会影响导体的电容.在实际应用中,常常设计一种组合,使其电容量大而体积小,且其电容不受外界的影响,电容器(capacitor)就是这种组合.

  设有两个导体A和B组成电容器(常称导体A和B为电容器极板),若A和B分别带有等量异号电荷±q,其电势分别为UAUB.我们定义:一个极板的电量与两极板间相应的电势差之比为电容器的电容,即

  C=\frac{q}{U_{AB}}

  孤立导体从本质上讲也是电容器,只不过它的另一个导体在电势为零的无限远处,而且其电容易受环境影响.电容器是现代电工技术和电子技术中的重要元件,其大小、形状不一,种类繁多,有大到比人还高的巨型电容器,也有小到肉眼无法看见的微型电容器.在超大规模集成电路中,每平方厘米范围内可以容纳数以万计的电容器,而随着纳米材料的发展,还将会出现更微小的电容器.

参考文献

  1. 王少杰,顾牡.新编基础物理学 (下册).科学出版社,2009.1.
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评论(共2条)

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小剑909 (Talk | 贡献) 在 2017年11月25日 00:38 发表

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120.42.90.* 在 2017年11月27日 09:34 发表

小剑909 (Talk | 贡献) 在 2017年11月25日 00:38 发表

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