穿心電容的機(jī)理與電氣功能
顧名思意,可以作這樣的形象理解:所謂穿心電容(capacitor)就是能夠儲(chǔ)存電荷的“容器”。只不過(guò)這種“容器”是一種特殊的物質(zhì)——電荷(charge),而且其所存儲(chǔ)的正負(fù)電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。至此,我們就可以描述穿心電容的基本結(jié)構(gòu):兩塊導(dǎo)體板(通常為金屬板)中間隔以電介質(zhì)(dielectric)。即構(gòu)成穿心電容的基本模型。
了解了穿心電容的基本構(gòu)造后,可能會(huì)產(chǎn)生這樣的問(wèn)題:電容從何而來(lái)?電容的物理意義為何?穿心電容的主要參數(shù)有哪些?穿心電容在電子線路中起哪些作用?下面我們將對(duì)上述問(wèn)題一一作出解答。
眾所周知,空間中的一個(gè)帶電體具有兩個(gè)電參數(shù):電荷電量Q和電位勢(shì)U。而這兩者的比值(Q/U)表現(xiàn)出一種有趣的規(guī)律:這個(gè)比值僅與帶電體本身的尺寸、形狀及其所處的空間環(huán)境有關(guān),而與帶電體所帶電荷的多少無(wú)關(guān)。也就是說(shuō),帶電體所帶電荷與其電位勢(shì)的比值表征了帶電體及其周圍環(huán)境所構(gòu)成的系統(tǒng)的一種固有屬性,我們把此比值稱為電容量,以C(=Q/U)來(lái)表示。電容量也可以理解為帶電體(電位勢(shì)一定的情況下)容納電荷的能力。
我們通過(guò)兩個(gè)例子來(lái)了解電容量C的計(jì)算方法:
(1)真空中孤立帶電球(R=r0)的電容量如何計(jì)算?設(shè)孤立電荷的電量Q=q,其相對(duì)于無(wú)窮遠(yuǎn)處的電位勢(shì)U=q/(4πε0r0),則其電容量C=Q/U=4πε0r0。從計(jì)算結(jié)果可以看出,電容量只與帶電體的本體尺寸,形狀和所處的空間環(huán)境有關(guān),而與所帶電量無(wú)關(guān)。
(2)穿心電容的電容量計(jì)算方法。所謂平行板穿心電容是指兩塊相對(duì)平行的金屬板中間隔以相對(duì)介電常數(shù)為εr、厚度為d的電介質(zhì)所構(gòu)成的電子元件。設(shè)平行板穿心電容儲(chǔ)存的電荷Q=q,則正負(fù)極板的電荷分別為+q、-q,兩極板間的電位差為u。平行板穿心電容可以看作是兩個(gè)孤立帶電體穿心電容串聯(lián)構(gòu)成。設(shè)正極板相對(duì)于無(wú)窮遠(yuǎn)處的電位U+=u+,則負(fù)極板的電位U-=u+-u。正負(fù)極板具有的電容量分別為+q/u+,-q/(u+-u)。
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