介电常数和电容的关系_第二章:关于电力基础物理知识之认识电容器01
一.电容器的电容量及容抗
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1.电容器的电容量
(1)下图所示为在两块金属极板上引出电极,中间的绝缘介质为空气而构成的平板电容器。图2-4(b)所示为在两片金属箔上引出电极,中间的绝缘介质为纸介质而构成的纸介电容器。绝缘介质不同,其电容量也不同。
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(2)电容器因其储存电能的特性而得名,为了表示电容器储存电能本领的大小,人们引入了电容量这个物理量。电容器两个极板上加上直流电压U后,极板上就有等量电荷量Q。电容器储存电荷能力的大小称为电容量,用C表示。电荷量与电容量、电压的关系为
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式中,Q为极板上所带电荷量,单位为库仑(C);U为极板间的电压,单位为伏特(V);C为电容量,单位为法拉(F)。
(3)电容量的大小取决于电容器本身的形状、极板的正对面积、两极板间的距离和绝缘介质的种类。电容器的电容量与两极板间的距离成反比,与电容器极板的正对面积成正比,与绝缘介质的介电常数成正比,即
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式中,S为极板的正对面积,单位为平方米(m²);d为两极板间的距离,单位为米(m);ε为绝缘介质的介电常数(诱电率);C为电容量,单位为法拉(F)。
(4)并不是只有电容器才有电容,在任何两个通电导体之间都存在电容。例如,在电力输电线之间、输电线与大地之间、晶体管各管脚之间及元件与元件之间都存在电容,通常把这些电容称为分布电容(寄生电容)。两条相距很近的平行导线之间的分布电容如下图所示。
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又如,在家庭综合布线时,要将220V供电线路与电话线、网络线及音频、视频线等分开布线,且要求尽量不要平行走线。如果不可避免走平行线,则应留足够的距离。电视背景墙布线示例如下图所示。
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2.电容器的容抗
交流电是能够通过电容器的,但是将电容器接入交流电路中时,由于电容器不断充、放电,电容器极板上所带电荷对定向移动的电荷具有阻碍作用。我们把电容器对交流电的阻碍作用称为容抗,用字母XC表示,单位为Ω,则
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上式表明,电容量大,电容器的阻碍作用小;交流电的频率高,电容器的阻碍作用也小。
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二.电容器的分类
(1)电容器按其结构可分为固定电容器、可变电容器和微调电容器3类,如表所示。
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(2)电容器按极性可分为有极性电容器和无极性电容器两类,如表所示。
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三.电容器的参数
(1)标称容量:成品电容器上所标注的电容量称为电容器的标称容量。
(2)电容器的实际容量与标称容量存在一定的偏差,电容器的标称容量与实际容量的允许最大偏差范围,称做电容器的允许偏差。
(3)额定工作电压(又称为耐压)是指电容器在规定温度范围内能连续可靠工作的最大直流电压。电容器承受的电压超过它的允许值可能造成电容器击穿(金属膜电容器和空气介质电容器例外)。电容器额定工作电压大小与电容器所用介质、环境温度有关。工作在交流电路中的电容器,所加交流电压的最大值不能超过其额定工作电压。
四.电容器充放电规律及应用
1.电容器的充电规律:
(1)在电容器充电开始的一瞬间,电容器两端的电压为零,充电电流最大。.....................................
(2)在电容器充电过程中,电容器两端的电压慢慢增大,充电电流逐渐减小。..................................
(3)充电结束时,电容器两端的电压近似等于电源电压,充电电流为零。.........................................
2.电容器的放电规律
(1)在电容器放电开始的一瞬间,电容器两端的电压最大,放电电流最大。.....................................
(2)在电容器放电过程中,电容器两端的电压慢慢减小,放电电流逐渐减小。..................................
(3)放电结束时,电容器两端的电压为零,放电电流为零。..............................................................
从电容器的充、放电规律可看出,电容器两端的电压不能突变,电容器能储存电荷。
3.电容器质量好坏的判断
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用指针式万用表检测电容器,就是电容器充、放电规律的应用,具体方法如表所示。
4.常用的电力电容器按用途可分为8种,如表所示。
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