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承德西门子模块供应代理商

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电容,简单来说,它有两方面的含义,一是指电容器,即实际的电路器件;另一方面它又指某种参数或效应,即电容参数或电容效应。

从名称上去理解,“电容”也可以解读为“电荷的容纳(存储)”或“电场能量的容纳(存储)”。所以,为了便于理解电容,我们有必要知道电荷和电场的一些知识。



1、电荷与电场

电荷与电场相伴相随。电荷,即带有正电或负电的粒子,如自由电子、铜离子等。点电荷(没有大小和形状的一个点,只考虑其带电量)是比较典型的电荷模型,如下图1-1-1所示为3个点电荷,这些电荷由于电量的存在会在周围激发出相应的电场,电荷量越多,电场就越大。该电场会对“放置其中”的其他电荷产生力的作用,即同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引,这个力就是电场力。



图1-1-1


所谓“放置其中”,是指其他电荷置于该电场的范围内,这就好比地球的重力场会对地球表面的人产生重力作用,但如果人离地球足够远,即离开地球的重力场范围,就会因失去地球引力的作用而漂浮在空中。如图1-1-1中,若电荷q2靠近q1,直至接触到q1的电场,就受到q1的排斥力。



同样的,若有一块铜金属板,如下图1-1-2所示,其内部带正电的铜离子靠在金属表面的同一侧。此时,这些铜离子就会在铜金属表面激发出一个电场,这个电场是这些铜离子共同产生的合成电场。若有另一块金属靠近铜板,那么这另一块金属内部的自由电子,就会在铜金属板电场力的吸引力下聚集在靠近铜的一侧表面。其实,这就是电荷的容纳,或者说,这就是电场能量的存储。



图1-1-2


想象一下,若图1-1-2的铜金属板表面的铜离子减少,那么它表面所激发的电场就会变小。此时这个电场对另一块金属内部自由电子的作用力也就会相应减小。所以,另一块金属板表面的的自由电子也会相应减少!

另外,按照电场的性质,置于电场中的电荷都会受到力的作用,换言之,电场可以对电荷做功,即电场具有能量!电场力将单位正电荷自A点移动至B点时所做的功,就称之为A、B两点的电压,这也是A、B两点的电位差,如下图1-1-3所示。这表明了电压是反映两点间电场大小的物理量,同时也是能量的反映。



图1-1-3


2、电容效应

根据电容的含义:“电荷的容纳(存储)”或“电场能量的容纳(存储)”,结合上文的电压定义,很显然,只要电位不相等,即有电压的存在,就表明有电场的存在。那么,置于电场中的电荷就会在电场的作用力下聚集并具有电场能量。这种产生电荷的聚集并具有电场能量的现象,就被称为电容效应。

电容效应存在于很多场合,例如不同相的导线之间、相线与零线之间、相线与地之间、二极管的电极之间等,因为它们之间有电压,所以会产生电容效应。



看到这里,相信大家对电容也有了一定的了解,但这还不是**的答案!要想更深层次地掌握电容知识,“电容器”也是的一部分。


二、电容器

电容器,就是根据电容效应而制成的电路器件,把电容效应发挥到较大化,尽可能地使电荷聚集,从而形成足够大的电场,存储相应的电场能量。



电容器在工程技术中应用非常广泛,它的种类、型号、规格繁多,但结构原理相同。简单来说,两个相互靠近的金属板,中间夹一层不导电的绝缘介质(如绝缘纸、云母、空气等),这就构成了电容器,如下图1-1-4所示。



图1-1-4


当给电容器的两金属板之间施加一个电压,也就是施加一个外电场,在这个外电场的作用力下,金属板的电荷发生聚集,例如接外电压正极(电源正极)的金属板,其正电荷因受到排斥力的作用向两较板间的方向聚集,同样的,另一块金属板的负电荷也向两较板间的方向聚集。

有了电荷的聚集,电容器的两金属板间就建立了一个电场,即存储了一定的电场能量,这就是电容器的储能性质。一句话形容就是,电容器吸收的能量以电场能量的形式存储在较板间的电场中。

电容器的应用非常广泛,在不同电路中发挥着不同的作用,如耦合、滤波、整流、无功补偿等。而要理解电容器的不同作用,就不得不了解电容器的相关特性,也就是其电路分析。


三、电容元件与其参数

电容元件和电容器都有电容两个字,那么它们有没有区别呢?电容元件是不是电容器?让我们一起来看看吧。


1、电容元件

电容器在电路分析中的建模就是电容元件,电容元件是一种理想的元件,它仅反映了电容器能存储电荷(存储电场能量)这一物理现象,其电路符号为两条短竖线,如下图1-1-5所示。这两条短竖线就如同两块金属板,可以说是非常形象了。



图1-1-5


上文说到“理想的元件”,这里的“理想”又是什么意思呢?其实,它是指忽略实际电容器的其他因素。例如,实际电容器在电路中除了储能的作用外,还会产生一定的电能损耗,这个电能的损耗就相当于电阻的作用,也就是说,实际电容器也有部分电阻的特性。但电容元件显然没有电阻的存在,无法反映出能量的损耗,所以,这就是电容元件与电容器的区别。

但实际上,我们往往也把实际电容器叫做电容元件,基于此,大家就要懂得具体问题具体分析了。例如,若不能忽略电容器的功率损耗,那么它在电路分析中的建模,应是电容元件和电阻元件的并联组合,如下图1-1-6所示,但若忽略其功率损耗,此时电容器的建模就可以直接用电容元件表示。



图1-1-6


既然电容元件反映的是电容器的储能性质,那么,它就得把这个所存储的能量通过某种方式给表示出来,这就是“电容C ”的由来。


2、电容元件的参数

电容元件所存储的电荷q与电压u有着某种代数关系,即电容元件较板上存储的电荷q与其两端的电压成正比,这就是电容元件的元件特性,该比例系数用字母“C ”表示,如下图1-1-7所示。



图1-1-7


图1-1-7所示的式q =Cu中的“C ”就是电容元件的参数,称为电容,是一个正实常数。也就是说,一个具体的电容元件,其电容C就是一个大于零的常数(其值不变的数),不随外部条件的变化而变化。

显然,电容C是电荷与电压的比例系数,以电压u为横坐标、电荷q为纵坐标就可以画出电容元件的特性曲线,如图1-1-7所示,该曲线称为库伏曲线,斜率就为电容C 。

至于为什么被称为库伏曲线,很简单,因为电荷q的单位为库仑,电压u的单位为伏特,所以这条曲线就叫库伏曲线啦。

当电荷q的单位为库仑,电压u的单位为伏特时,电容C的单位就为法拉,用字母“F”表示,简称法。1F其实已经是一个非常大的数了,很多情况下,其单位都是以“μF(微法)”、“pF(皮法)”的形式出现,它们的关系如下图1-1-8所示。



图1-1-8


电容元件的参数称为电容,但一般情况下,为了方便,我们也把电容元件称为电容。也就是说,“电容”这个词和“C ”这个符号,一方面表示电容元件,一方面也表示电容元件的参数。

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