电容器与电抗器.pdfVIP

第三章 电容和电感 学习目标 本章介绍了电场、磁场的基本概念,以及电路的两个重要理想元件——— 电容元件和电感元 件,了解影响电容与电感参数的因素,以及掌握电容器串、并联的计算,有助于在实际工作中更好 地使用这两个电路器件。 电磁感应定律覆盖了电气电子工程的各个领域,是工程上应用最为广 泛的定律之一。在阅读与应用中还介绍了电容元件、电感元件在工程上的应用。通过本章学习, 要求学生: 1. 了解电场、磁场的基本概念和基本物理量; 2 . 了解电容器和电感线圈的结构、工作原理,理解电容器中的电场能量,电感器中的磁场能 量; 3 . 掌握电容元件和电感元件的定义以及它们的电压和电流关系,掌握电容器的串并联计算。 4 . 理解电磁感应定律;  5 . 了解影响电容器、电感线圈参数的因素。 第一节 电场的基本知识 一、电场与电场强度 电场是一种特殊物质,看不见,摸不着,但它对场中的带电体具有作用力。根据这一特点,可 以用试验电荷q 来检验空间是否存在电场。通过测量试验电荷在电场中某一点受到的力的大 0 小,可以发现,这个力F 与试验电荷q 所带的电荷量有关,但它们的比值不变,这个比值表明了 0 电场在这一点固有的性质,用电场强度E 来表示,E = Fq 。 电场强度E 是电场的一个基本物理 0 量。 如果把试验电荷在电场中各点的受力方向用一系列曲线描绘出来,就能形象地看出电场在 空间分布的情况,这些曲线称为电力线。 电力线密的地方,电场强度大;电力线疏的地方,电场强 度小。 电力线是从正电荷出发终止在负电荷的,如图3 - 1(a)所示。 电力线上每一点的切线方 向就是该点电场强度的方向,如图3 - 1(b )所示。如果空间某一部分各点电场强度大小相等,方 向相同,这一部分电场称为均匀电场,它的电力线是平行均匀分布的直线。 图3 - 2 所示是两块 带电金属平板之间的电场,它是一个均匀电场。 在均匀电场中,某一电荷 Q 在电场力 F 作用下,从 a 点移到b 点,移动的距离为 l,则电场力 所做的功为 W = Fl (3 - 1) 而两点间的电压是电场力移动单位正电荷所做之功,即 ·50 · 图3 - 1 电力线 图3 - 2 均匀电场 W Fl Uab = = = El (3 - 2) Q Q 从式(3 - 2)可得 Uab E = (3 - 3) l 该式表明,电场强度大小等于沿电场强度方向上每单位长度间的电压,因此在国际单位制 (SI)中,E 用 Vm(伏米)作单位,工程上还常用kV mm 作单位。 二、介电常数与击穿场强 如图3 - 3 所示,把一个绝缘材料(又称介质)放在电场中,在电场力作用下,该介质与电场 垂直的两个表面上分别出现正电荷和负电荷。这种电荷不同于导体内的自由电荷,它是介质内 的有极分子或无极分子的取向极化或位移极化后在宏观上的表 现,故称做极化电荷或束缚电荷。这种在外电场作用下,介质表 面产生极化电荷的现象叫做介质的