电容器储存了电荷课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电工基础,（第2版）,主编：刘志平、苏永昌,第三章 电容器,第一节 电容器与电容,第二节 电容器的参数与种类,第三节 电容器的连接,电容器是电路的基本元件之一，在各种电子产品和电力设备中，有着广泛的应用。本章重点是介绍电容器的参数和种类、电容的概念、电容器的串并联及电容器中的电场能量。,第四节 电容器中的电场能,3-1 电容器与电容,一、电容器,是由两个导体电极中间夹一层绝缘体（又称电介质）所构成。,用途：,具有“隔直通交”的特点，在电子技术中，常用于滤波、移相、旁路、信号调谐等；在电力系统中，电容器可用来提高电力系统的功率因数。,。,基本特性：,能够存储电荷,。,一、电容器,工作原理：,把电容器的两个极板分别接到电源,E,的正、负极上，电容器的两极板间便有电压,U,，在电场力的作用下，自由电子定向运动，,使得A板带有正电荷，B板带有等量的负电荷，如图3-1所示。电荷的移动直到两极板间的电压与电源电动势相等时为止。这样，在两个极板间的介质中建立了电场，电容器储存了一定量的电荷和电场能量。,单位：,电容器的SI（国际单位制）单位是法拉，简称法，通常用符号“F”表示。,二、电容,不同电容器存储电荷的本领是不同的，我们用电容来表征电容器这个本领的大小。,含义：,电容器任一极板所储存的电荷量，与两极板间电压的比值是一个常数，不同的电容器，这一比值则不同。将这一比值定义为电容器的电容量，简称电容。来表示电容器存储电荷的本领大小。用字母,C,表示，电容定义式为：,单位：,电容的单位有,法拉(,F)、,微法(,F)、,皮法,(pF)，它们之间的关系为1 F=10,6,F=10,12,pF,三、平行板电容,由两块相互平行、靠得很近、彼此绝缘的金属板所组成的电容器，叫平行板电容器。是一种最简单的电容器。下图给出了平板电容器的示意图。,三、平行板电容器,理论与实验证明，平行板电容器的电容量与极板面积,S,及电介质介电常数,成正比，与两极板之间的距离成反比。,其数学表达式为,上式说明：,对某一个平行板电容器而言，它的电容是一个确定值，其大小仅与电容器的,极板面积大小,、,相对位置,以及,极板间的电介质,有关；与两极板间电压的大小、极板所带电荷量多少无关。,几种常用介质的相对介电常数,表1,几种常用介质的相对介电常数,2.2,8.5,6 6.5,7 8.5,11.6,聚苯乙烯,三氧化二铝,无线电瓷,超高频瓷,五氧化二钽,4.2,1.0,3.5,35,80,7.0,石英,空气,硬橡胶,酒精,纯水,云母,相对介电常数/(F/m),介质名称,相对介电常数(F/m),介质名称,1,电容是电容器的固有特性，它只与两极板正对面积、板间距离及板间的介质有关，与电容器是否带电、带电多少无关。,2,任何两个导体之间都存在电容。,3,电容器存在耐压值，当加在电容器两极板间的电压大于它的额定电压时，电容器将被击穿。,说明,3-2 电容器的参数和种类,一、电容器的参数,1、额定工作电压,一般叫做耐压，它是指使电容器能长时间地稳定工作，并且保证电介质性能良好的支流电压的数值。,必须保证电容器的额定工作电压不低于工作电压的最大值。（交流电路，考虑交流电压的峰值。）,2、标称容量和允许误差,电容器上所标明的电容量的值叫做标称容量。,批量生产中，不可避免的，实际电容值与标称电容值之间总是有一定误差。国家对不同的电容器，规定了不同的误差范围，在此范围之内误差叫做允许误差。,二、电容器的种类,按照电容量是否可变，可分为规定电容器和可变电容器（包括半可变电容器）。,1、固定电容器：,常用的介质有云母、陶瓷、金属氧化膜、纸介质、铝电解质等等。,2、可变电容器：,电容量在一定范围内可调节的电容器，常用电介质有薄膜介质、云母等。,3、半可变电容器：,又叫微调电容，在电路中常被用作补偿电容。容量一般都只有几皮法到几十皮法。常用的电介质有瓷介质、有机薄膜等。,几种常用电容,3-3 电容器的连接,一、电容器的串联,与电阻串联类似，将两个或两个以上的电容器，连接成一个无分支电路的连接方式。,适用情形,：,当单独一个电容器的耐压不能满足电路要求，而它的容量又足够大时，可将几个电容器串联起来，再接到电路中使用。,串联时每个极板上的电荷量都是,q,。,设每个电容器的电容分别为,C,1,、,C,2,、,C,3,，电压分别为,U,1,、,U,2,、,U,3,，则,总电压,U,等于各个电容器上的电压之和，所以,设串联总,电容(等效电容)为,C,，则由 ，可得,即串联电容器总电容的倒数等于各电容器电容的倒数之和。,串联电容的计算,电容的并联：把几只电容器接到两个节点之间的连接方式。,二、电容器的并联,适用情形,：当单独一个电容器的电容量不能满足电路的要求，而其耐压均满足电路要求时，可将几个电容器并联起来，再接到电路中使用。,并联电容的计算,电容器并联时，加在每个电容器上的电压都相等。设电容器的电容分别为,C,1,、,C,2,、,C,3,，所带的电量分别为,q,1,、,q,2,、,q,3,，则,电容器组储存的总电量,q,等于各个电容器所带电量之和，即,设并联电容器的总电容(等效电容)为,C,，由,q,=,CU，,得,即并联电容器的总电容等于各个电容器的电容之和。,3-4 电容器中电场能,一、电容器的充电和放电,电容在充电过程中，电容器储存了电荷，也储存了能量；在放电过程中，电容器将正、负电荷中和，也随之放出了能量。,1、电容器的充电,充电过程中，随着电容器两极板上所带的电荷量的增加，电容器两端电压逐渐增大，充电电流逐渐减小，当充电结束时,，,电流为零，电容器两端电压,U,C,=,E,2、电容器的放电,放电过程中，随着电容器极板上电量的减少，电容器两端电压逐渐减小，放电电流也逐渐减小直至为零，此时放电过程结束。,3、电容器的充放电电流,由 ，可得 。所以,需要说明的是，电路中的电流是由于电容器充、放电形成的，并非电荷直接通过了介质。,充放电过程中，电容器极板上储存的电荷发生了变化，电路中有电流产生。其电流大小为,电容充放电注意事项,（2）若将交变电压加在电容两端，则电路中有交变的充发电流通过，即电容具有通交流作用。,（1）若电容两端加直流，,，电容器相当于开路，所以电容器具有隔直流的作用,。,二、电容器中的电场能,1能量来源,电容器在充电过程中，两极板上有电荷积累，极板间形成电场。电场具有能量，此能,量是从电源吸取过来储存在电容器中的。,从能量转化角度看，电容器的充放电过程，实质上是电容器与外部能量的交换过程。在此过程中，电容器本身不消耗能量，所以说电容器是一种储能元件。,2储能大小的计算,