電容器的容量大小與什麼有關?為什麼?

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電容是一種常見的電子元器件,那麼它的容量大小到底和哪些因素有關呢?下面我們共同來學習一下。

電容的容量大小和哪些因素有關?


我們首先來認識一下電容,如上圖就是電容的結構示意圖,它是在兩塊距離相近的平行金屬板之間加入絕緣介質組成,當在兩端電極上施加直流電壓時,與正極相連的金屬板就會帶有一定的正電荷,而與負極相連的金屬板就會帶有等量的負電荷,正負電荷相互吸引就形成了電場,此時就算斷開電源,電容所存儲的電荷也不會立刻消失掉。

根據上面的示意圖,我們可以得出以下結論:

  • 電容容量的大小和兩塊金屬板的面積有關。兩塊金屬板的面積越大,所容納的電荷就會越多,容量也就越大,所表現出來的電容體積就會越大。
  • 電容容量的大小和金屬板之間的間距有關。間距越小,產生的電場力越會越強,所感應到的電荷就會越多,電容容量也就會越大。
  • 電容容量的大小還和中間的絕緣介質有關。電容兩極板之間的絕緣介質由於材料的不同,介電常數也會不同,介電常數越大,電容量就會越大。
以上就是影響電容容量大小的因素了,前兩條還比較好理解,最後一條是根據公式得出的結論,對於介電常數小編本人也一知半解,瞭解下就好。

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首先對“電容”一詞釋義。物體存儲(容納)電荷的物理性質叫作電容。在單位電壓(電位差)作用下,其存儲電荷本領的大小叫作電容量。專門用於存儲電荷的電學元件叫作電容器。在外語,包括英語、日語、俄語、德語、法語等語言中,電容、電容量、電容器三個詞是三個完全不同的概念;但是在中文中卻將其混為一談了。在中文中,這三個概念中的每一個詞,都可以用“電容”這一個詞來代替,這一點在中外文相互翻譯中一定要注意。例如,有人說“給我拿一個電容”,翻譯成外語時,就要按照“給我拿一個電容器”來翻譯;“給我量一下電容”,就要按照“給我量一下電容量”來翻譯;“給我量一下它有沒有電容”,這才是把“電容”一詞當成表達物理性質的“電容”本身來看待,照字面翻譯就行了。

電容器的基本結構,如附圖所示,是由兩個導體構成的平行板作為電極,其中間夾一層電介質組成。這層電介質是不導電的絕緣體;而電介質兩側的導體電極,可以全部是固體,有時候也可以一個是固體另一個是液體。

好了,通過上述的基本概念鋪墊,解釋了第一步電容電容器電容量“是什麼”。下面我們就可以在此基礎上,順利解釋第二步“為什麼”,即回答本問題“電容器的電容量與什麼因素有關?為什麼?”的提問了。

電容器的電容量大小C,與電介質的介電係數ε成正比,與兩電極的相對面積S成正比,而與電介質層的厚度d成反比,即C=0.0085εS/d

為了(儘可能地)吃透上面這個公式,我們就進入第三步“怎麼辦”的問題。為了製作不同電容量C的電容器,可以選用不同介電係數ε的電介質,例如空氣的ε為1,聚乙烯2.2,氧化鋁陶瓷9~12,金紅石陶瓷75,鈦酸鋇陶瓷可達數百~20000等等;還有聚酯薄膜、滌綸薄膜、鈦酸鈣陶瓷、陽極(氧)化氧化鋁膜層、陽極(氧)化氧化鉭膜層等,就不一一介紹了。同樣是作為縮小相同電容量的電容器體積的方法,還可以設法增加兩電極間的相對面積S,包括卷繞法、疊片法、以及電解電容器中的陽極電極腐蝕法;照樣是為了縮小相同電容量的電容器體積,也可以採用減少電介質厚度d的方法,除了傳統的機械減薄方法外,還可以採用陽極氧化形成金屬氧化膜的方法,或者雙電層法(電介質厚度可以減少到單分子層的厚度)。另外,為了縮小電容器的體積,還可以在減少電極厚度上下功夫,例如將片式金屬電極或箔式金屬電極,改為真空鍍膜法或噴塗法制作的薄膜金屬電極(厚度降低到1微米左右),不過這只是為了減少電容器的體積,而與電容量的大小無關了。

第四步,電容器使用中需要注意的主要問題。電容器除了電容量C和體積這兩項技術指標外,還需要注意的其它問題包括,適用的頻率問題(我國上個世紀60年代就有兩家企業因為電容器的使用頻率問題預先沒有相互溝通好而打起了官司)、電容器的耐(電)壓問題、以及在將電容器用於諧振電路的情況下還要注意的溫度穩定性(電容量的溫度係數)問題。

如果覺得上述內容還不足夠詳細,可參閱梁瑞林著,2008年科學出版社出版的《貼片式電子元件》一書。當然還有更詳細講述的書籍,就不一一介紹了。



梁瑞林


電容器電容的大小主要取決於正對面積、板間距離與介質。

大小決定公式c=εs/4πkd;另外還有電容的計算式c=q/u;後者中的q和u並不是決定c大小的物理量,主要是用來計算c的大小的。

電源裡用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用雲母等價格較貴的電容,就不可以使用絛綸的電容,和電解的電容,因為它們在高頻情況下會形成電感,以致影響電路的工作精度。


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