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穿心电容的机理与电气功能

来源:www.ktemi.cn 发布时间:2022-03-16 返回
  顾名思意,可以作这样的形象理解:所谓穿心电容(capacitor)就是能够储存电荷的“容器”。只不过这种“容器”是一种特殊的物质——电荷(charge),而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板上。至此,我们就可以描述穿心电容的基本结构:两块导体板(通常为金属板)中间隔以电介质(dielectric)。即构成穿心电容的基本模型。
  穿心电容
  了解了穿心电容的基本构造后,可能会产生这样的问题:电容从何而来?电容的物理意义为何?穿心电容的主要参数有哪些?穿心电容在电子线路中起哪些作用?下面我们将对上述问题一一作出解答。
  
  众所周知,空间中的一个带电体具有两个电参数:电荷电量Q和电位势U。而这两者的比值(Q/U)表现出一种有趣的规律:这个比值仅与带电体本身的尺寸、形状及其所处的空间环境有关,而与带电体所带电荷的多少无关。也就是说,带电体所带电荷与其电位势的比值表征了带电体及其周围环境所构成的系统的一种固有属性,我们把此比值称为电容量,以C(=Q/U)来表示。电容量也可以理解为带电体(电位势一定的情况下)容纳电荷的能力。
  
  我们通过两个例子来了解电容量C的计算方法:
  
  (1)真空中孤立带电球(R=r0)的电容量如何计算?设孤立电荷的电量Q=q,其相对于无穷远处的电位势U=q/(4πε0r0),则其电容量C=Q/U=4πε0r0。从计算结果可以看出,电容量只与带电体的本体尺寸,形状和所处的空间环境有关,而与所带电量无关。
  
  (2)穿心电容的电容量计算方法。所谓平行板穿心电容是指两块相对平行的金属板中间隔以相对介电常数为εr、厚度为d的电介质所构成的电子元件。设平行板穿心电容储存的电荷Q=q,则正负极板的电荷分别为+q、-q,两极板间的电位差为u。平行板穿心电容可以看作是两个孤立带电体穿心电容串联构成。设正极板相对于无穷远处的电位U+=u+,则负极板的电位U-=u+-u。正负极板具有的电容量分别为+q/u+,-q/(u+-u)。