电工基础教案——第四章电容.docVIP

第四章　电　容 　　 序 号 内 容 学 时 1 第一节 电容器和电容 2 2 第二节 电容器的连接 1 3 第三节 电容器的充电和放电 1 4 实验4.1 电容器的充放电 2 5 第四节 电容器中的电场能量 1 6 本章小结与习题 1 7 本章总学时 8 第一节　电容器和电容 一、容器 1．结构：两个彼此靠近又相互绝缘的导体，就构成了一个电容器。这对导体叫电容器的两个极板。 2．种类：电容器按其电容量是否可变，可分为固定电容器和可变电容器，可变电容器还包括半可变电容器，它们在电路中的符号参见表4-1。 固定电容器的电容量是固定不变的，它的性能和用途与两极板间的介质有关。一般常用的介质有云母、陶瓷、金属氧化膜、纸介质、铝电解质等。 电解电容器是有正负极之分的，使用时不可将极性接反或接到交流电路中，否则会将电解电容器击穿。 电容量在一定范围内可调的电容器叫可变电容器。半可变电容器又叫微调电容。 常用的电容器如图4-1所示。 3．作用：电容器是储存和容纳电荷的装置，也是储存电场能量的装置。电容器每个极板上所储存的电荷的量叫电容器的电量。 将电容器两极板分别接到电源的正负极上，使电容器两极板分别带上等量异号电荷，这个过程叫电容器的充电过程。 电容器充电后，极板间有电场和电压。 用一根导线将电容器两极板相连，两极板上正负电荷中和，电容器失去电量，这个过程称为电容器的放电过程。 4．平行板电容器：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。图4-2给出了平板电容器的示意图。 二、电容 1．电容C 如图4-2所示，当电容器极板上所带的电量Q增加或减少时，两极板间的电压U也随之增加或减少，但Q与U的比值是一个恒量，不同的电容器，Q/U的值不同。 电容器所带电量与两极板间电压之比，称为电容器的电容 电容反映了电容器储存电荷能力的大小，它只与电容本 身的性质有关，与电容器所带的电量及电容器两极板间的电 压无关。 2．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、平行板电容器的电容 图4-2所示的平行板电容器的电容C，跟介电常数 ( 成正比，跟两极板正对的面积S成正比，跟极板间的距离成d反比，即 式中介电常数 ( 由介质的性质决定，单位是F/m。真空介电常数为 ( 0 ( 8.86 ( 10(12 F/m。 某种介质的介电常数 ( 与真空介电常数 ( 0之比，叫做该介质的相对介电常数，用( r表示，即 ( r = ( /( 0 表4-2给出了几种常用介质的相对介电常数。 四、说明 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。 解： 根据电容定义式 ，则Q = CU = 6.8 ( 10(6 ( 1000 = 0.0068 C 　 解：查表4-2可知云母的相对介电常数 ( r = 7，则真空电容器的电容为 云母电容器的电容为 比较两式可得 第二节　电容器的连接 　　一、电容器的串联 把几个电容器首尾相接连成一个无分支的电路，称为电容器的串联，如图4-3所示。 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C1、C2、C3，电压分别为U1、U2、U3，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。 解：三只电容串联后的等效电容为 每只电容器上所带的电荷量为 每只电容上的电压为 电容器上的电压小于它的额定电压，因此电容在这种情况下工作是安全的。 解：两只电容器串联后的等效电容为 各电容的电容量为 各电容器上的电压为 由于电容器C1的额定电压是160 V，而实际加在它上面的电压是250 V，远大于它的额定电压，所以电容器C1可能会被击穿；当C1被击穿后，300 V的电压将全部加在C2上，这一电压也大于它的额定电压，因而也可能被击穿。由此可见，这样使用是不安全的。本题中，每个电容器允许充入的电荷量分别为 为了使C1上的电荷量不超过3.2 ( 10(4 C，外加总电压应不超过 电容值不等的电容器串联使用时，每个电容上分配的电压与其电容成反比。 二、 电容器的并联 如图4-5所示，把几个电容器的一端连在一起，另一端也连在一起的连接