電容

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電容(Capacitance)

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什麼是電容

  電容是指在電路學里,給定電勢差,電容器儲存電荷的能力,標記為C。採用國際單位制,電容的單位是法拉(farad),標記為F。電容的電路符號和有關的電參量如圖所示。

Image:电容的电路符号.jpg

電容的內容[1]

  電容是電學中一個重要的物理量,它反映了導體的儲電和儲能本領.電容器是由兩個用絕緣物質隔開的金屬導體組成的一種常用的電工學和電子學元件.電容器不僅可以儲存電荷,還可以儲存能量。

  1.孤立導體的電容

  孤立導體是指其他導體與帶電體都離它足夠遠時的導體.設真空中有一個電量為q,半徑為R的孤立導體球,如取無限遠處電勢為零,則它的電勢為U=\frac{q}{4\pi\epsilon_0R}.對於給定的孤立導體球,比值\frac{q}{U}=4\pi\epsilon_0R,是一個僅與導體的形狀、大小有關的常量,與其所帶的電量、電勢無關.這是孤立導體球的一個重要的電學性質.理論和實驗證明,任何孤立導體都具有這一性質,因此,我們定義孤立導體的電量q與其電勢U的比值為孤立導體的電容(capacity),用C表示,即

  C=\frac{q}{U}

  式中的物理意義是導體電勢每升高1個單位所需的電量.可見電容C是表徵導體容電能力的一個物理量.

  電容的單位為法[拉](F).當導體所帶的電量為1庫[侖](C),相應的電勢為l伏(V)時,其電容就是1法[拉],即1F=C\cdot V^{-1})

  若將地球看成一半徑為R的孤立的導體球,其電容

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

  龐大地球的電容還遠遠不到1法[拉],可見,法[拉]單位太大,在實際應用中,經常用微法(μF)和皮法(pF),其關係為

  1F = 106F = 1012pF

  2.電容器的電容

  實際的導體往往不是孤立的,周圍還常常存在著別的導體,且必然存在著靜電感應現象,這時,電場的分佈將與孤立帶電體情況不同,導體的電勢不僅與它所帶的電量有關,而且還與其他導體的位置、形狀及所帶電量有關.也就是說,其他導體的存在將會影響導體的電容.在實際應用中,常常設計一種組合,使其電容量大而體積小,且其電容不受外界的影響,電容器(capacitor)就是這種組合.

  設有兩個導體A和B組成電容器(常稱導體A和B為電容器極板),若A和B分別帶有等量異號電荷±q,其電勢分別為UAUB.我們定義:一個極板的電量與兩極板間相應的電勢差之比為電容器的電容,即

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

  孤立導體從本質上講也是電容器,只不過它的另一個導體在電勢為零的無限遠處,而且其電容易受環境影響.電容器是現代電工技術和電子技術中的重要元件,其大小、形狀不一,種類繁多,有大到比人還高的巨型電容器,也有小到肉眼無法看見的微型電容器.在超大規模集成電路中,每平方釐米範圍內可以容納數以萬計的電容器,而隨著納米材料的發展,還將會出現更微小的電容器.

參考文獻

  1. 王少傑,顧牡.新編基礎物理學 (下冊).科學出版社,2009.1.
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評論(共2條)

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小剑909 (討論 | 貢獻) 在 2017年11月25日 00:38 發表

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120.42.90.* 在 2017年11月27日 09:34 發表

小剑909 (討論 | 貢獻) 在 2017年11月25日 00:38 發表

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