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  如果問(wèn)“有沒(méi)有聽(tīng)過(guò)電容這個(gè)詞”，我相信大家的回答都是“聽(tīng)過(guò)”，但如果問(wèn)“電容是什么”，我想能真正回答的人應(yīng)該是不多的。而那些不能回答或只能回答個(gè)一二的人，這篇文章將可以讓你提交一份完美的答案!

  一、電容的含義

  電容，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它有兩方面的含義，一是指電容器，即實(shí)際的電路器件;另一方面它又指某種參數(shù)或效應(yīng)，即電容參數(shù)或電容效應(yīng)。

  從名稱上去理解，“電容”也可以解讀為“電荷的容納(存儲(chǔ))”或“電場(chǎng)能量的容納(存儲(chǔ))”。所以，為了便于理解電容，我們有必要知道電荷和電場(chǎng)的一些知識(shí)。

  1、電荷與電場(chǎng)

  電荷與電場(chǎng)相伴相隨。電荷，即帶有正電或負(fù)電的粒子，如自由電子、銅離子等。點(diǎn)電荷(沒(méi)有大小和形狀的一個(gè)點(diǎn)，只考慮其帶電量)是比較典型的電荷模型，如下圖1-1-1所示為3個(gè)點(diǎn)電荷，這些電荷由于電量的存在會(huì)在周?chē)ぐl(fā)出相應(yīng)的電場(chǎng)，電荷量越多，電場(chǎng)就越大。該電場(chǎng)會(huì)對(duì)“放置其中”的其他電荷產(chǎn)生力的作用，即同性電荷相互排斥，異性電荷相互吸引，這個(gè)力就是電場(chǎng)力。

  圖1-1-1

  所謂“放置其中”，是指其他電荷置于該電場(chǎng)的范圍內(nèi)，這就好比地球的重力場(chǎng)會(huì)對(duì)地球表面的人產(chǎn)生重力作用，但如果人離地球足夠遠(yuǎn)，即離開(kāi)地球的重力場(chǎng)范圍，就會(huì)因失去地球引力的作用而漂浮在空中。如圖1-1-1中，若電荷q2靠近q1，直至接觸到q1的電場(chǎng)，就受到q1的排斥力。

  同樣的，若有一塊銅金屬板，如下圖1-1-2所示，其內(nèi)部帶正電的銅離子靠在金屬表面的同一側(cè)。此時(shí)，這些銅離子就會(huì)在銅金屬表面激發(fā)出一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)是這些銅離子共同產(chǎn)生的合成電場(chǎng)。若有另一塊金屬靠近銅板，那么這另一塊金屬內(nèi)部的自由電子，就會(huì)在銅金屬板電場(chǎng)力的吸引力下聚集在靠近銅的一側(cè)表面。其實(shí)，這就是電荷的容納，或者說(shuō)，這就是電場(chǎng)能量的存儲(chǔ)。

  圖1-1-2

  想象一下，若圖1-1-2的銅金屬板表面的銅離子減少，那么它表面所激發(fā)的電場(chǎng)就會(huì)變小。此時(shí)這個(gè)電場(chǎng)對(duì)另一塊金屬內(nèi)部自由電子的作用力也就會(huì)相應(yīng)減小。所以，另一塊金屬板表面的的自由電子也會(huì)相應(yīng)減少!

  另外，按照電場(chǎng)的性質(zhì)，置于電場(chǎng)中的電荷都會(huì)受到力的作用，換言之，電場(chǎng)可以對(duì)電荷做功，即電場(chǎng)具有能量!電場(chǎng)力將單位正電荷自A點(diǎn)移動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)所做的功，就稱之為A、B兩點(diǎn)的電壓，這也是A、B兩點(diǎn)的電位差，如下圖1-1-3所示。這表明了電壓是反映兩點(diǎn)間電場(chǎng)大小的物理量，同時(shí)也是能量的反映。

  圖1-1-3

  2、電容效應(yīng)

  根據(jù)電容的含義：“電荷的容納(存儲(chǔ))”或“電場(chǎng)能量的容納(存儲(chǔ))”，結(jié)合上文的電壓定義，很顯然，只要電位不相等，即有電壓的存在，就表明有電場(chǎng)的存在。那么，置于電場(chǎng)中的電荷就會(huì)在電場(chǎng)的作用力下聚集并具有電場(chǎng)能量。這種產(chǎn)生電荷的聚集并具有電場(chǎng)能量的現(xiàn)象，就被稱為電容效應(yīng)。

  電容效應(yīng)存在于很多場(chǎng)合，例如不同相的導(dǎo)線之間、相線與零線之間、相線與地之間、二極管的電極之間等，因?yàn)樗鼈冎g有電壓，所以會(huì)產(chǎn)生電容效應(yīng)。

  看到這里，相信大家對(duì)電容也有了一定的了解，但這還不是完美的答案!要想更深層次地掌握電容知識(shí)，“電容器”也是不可或缺的一部分。

  二、電容器

  電容器，就是根據(jù)電容效應(yīng)而制成的電路器件，把電容效應(yīng)發(fā)揮到最大化，盡可能地使電荷聚集，從而形成足夠大的電場(chǎng)，存儲(chǔ)相應(yīng)的電場(chǎng)能量。

  電容器在工程技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛，它的種類(lèi)、型號(hào)、規(guī)格繁多，但結(jié)構(gòu)原理相同。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，兩個(gè)相互靠近的金屬板，中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)(如絕緣紙、云母、空氣等)，這就構(gòu)成了電容器，如下圖1-1-4所示。

  圖1-1-4

  當(dāng)給電容器的兩金屬板之間施加一個(gè)電壓，也就是施加一個(gè)外電場(chǎng)，在這個(gè)外電場(chǎng)的作用力下，金屬板的電荷發(fā)生聚集，例如接外電壓正極(電源正極)的金屬板，其正電荷因受到排斥力的作用向兩極板間的方向聚集，同樣的，另一塊金屬板的負(fù)電荷也向兩極板間的方向聚集。

  有了電荷的聚集，電容器的兩金屬板間就建立了一個(gè)電場(chǎng)，即存儲(chǔ)了一定的電場(chǎng)能量，這就是電容器的儲(chǔ)能性質(zhì)。一句話形容就是，電容器吸收的能量以電場(chǎng)能量的形式存儲(chǔ)在極板間的電場(chǎng)中。

  電容器的應(yīng)用非常廣泛，在不同電路中發(fā)揮著不同的作用，如耦合、濾波、整流、無(wú)功補(bǔ)償?shù)?。而要理解電容器的不同作用，就不得不了解電容器的相關(guān)特性，也就是其電路分析。

  三、電容元件與其參數(shù)

  電容元件和電容器都有電容兩個(gè)字，那么它們有沒(méi)有區(qū)別呢?電容元件是不是電容器?讓我們一起來(lái)看看吧。

  1、電容元件

  電容器在電路分析中的建模就是電容元件，電容元件是一種理想的元件，它僅反映了電容器能存儲(chǔ)電荷(存儲(chǔ)電場(chǎng)能量)這一物理現(xiàn)象，其電路符號(hào)為兩條短豎線，如下圖1-1-5所示。這兩條短豎線就如同兩塊金屬板，可以說(shuō)是非常形象了。

  圖1-1-5

  上文說(shuō)到“理想的元件”，這里的“理想”又是什么意思呢?其實(shí)，它是指忽略實(shí)際電容器的其他因素。例如，實(shí)際電容器在電路中除了儲(chǔ)能的作用外，還會(huì)產(chǎn)生一定的電能損耗，這個(gè)電能的損耗就相當(dāng)于電阻的作用，也就是說(shuō)，實(shí)際電容器也有部分電阻的特性。但電容元件顯然沒(méi)有電阻的存在，無(wú)法反映出能量的損耗，所以，這就是電容元件與電容器的區(qū)別。

  但實(shí)際上，我們往往也把實(shí)際電容器叫做電容元件，基于此，大家就要懂得具體問(wèn)題具體分析了。例如，若不能忽略電容器的功率損耗，那么它在電路分析中的建模，應(yīng)是電容元件和電阻元件的并聯(lián)組合，如下圖1-1-6所示，但若忽略其功率損耗，此時(shí)電容器的建模就可以直接用電容元件表示。

  圖1-1-6

  既然電容元件反映的是電容器的儲(chǔ)能性質(zhì)，那么，它就得把這個(gè)所存儲(chǔ)的能量通過(guò)某種方式給表示出來(lái)，這就是“電容C ”的由來(lái)。

  2、電容元件的參數(shù)

  電容元件所存儲(chǔ)的電荷q與電壓u有著某種代數(shù)關(guān)系，即電容元件極板上存儲(chǔ)的電荷q與其兩端的電壓成正比，這就是電容元件的元件特性，該比例系數(shù)用字母“C ”表示，如下圖1-1-7所示。

  圖1-1-7

  圖1-1-7所示的式q =Cu中的“C ”就是電容元件的參數(shù)，稱為電容，是一個(gè)正實(shí)常數(shù)。也就是說(shuō)，一個(gè)具體的電容元件，其電容C就是一個(gè)大于零的常數(shù)(其值不變的數(shù))，不隨外部條件的變化而變化。

  顯然，電容C是電荷與電壓的比例系數(shù)，以電壓u為橫坐標(biāo)、電荷q為縱坐標(biāo)就可以畫(huà)出電容元件的特性曲線，如圖1-1-7所示，該曲線稱為庫(kù)伏曲線，斜率就為電容C 。

  至于為什么被稱為庫(kù)伏曲線，很簡(jiǎn)單，因?yàn)殡姾蓂的單位為庫(kù)侖，電壓u的單位為伏特，所以這條曲線就叫庫(kù)伏曲線啦。

  當(dāng)電荷q的單位為庫(kù)侖，電壓u的單位為伏特時(shí)，電容C的單位就為法拉，用字母“F”表示，簡(jiǎn)稱法。1F其實(shí)已經(jīng)是一個(gè)非常大的數(shù)了，很多情況下，其單位都是以“μF(微法)”、“pF(皮法)”的形式出現(xiàn)，它們的關(guān)系如下圖1-1-8所示。

  圖1-1-8

  電容元件的參數(shù)稱為電容，但一般情況下，為了方便，我們也把電容元件稱為電容。也就是說(shuō)，“電容”這個(gè)詞和“C ”這個(gè)符號(hào)，一方面表示電容元件，一方面也表示電容元件的參數(shù)。

  關(guān)于電容的更多內(nèi)容，如電容元件在交流電路和直流電路中的不同、與電容相關(guān)的容抗是什么等，我們將在下一篇文章再加以闡述，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注喲!

(技成培訓(xùn)網(wǎng)原創(chuàng)，作者：楊思慧，未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載，違者必究)

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