一般的電路環(huán)境中,電路中的電荷都是在電場(chǎng)力的作用下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的,我們通過觀測(cè)直流電路中會(huì)發(fā)現(xiàn),電路常常能夠遇到兩種阻礙電流通過的阻力,一種就是單純的電阻力,它來自于電阻器,另外一種就是電容。
電流在遇到阻力的時(shí)候,實(shí)際上電荷還是能越過去的,無論這個(gè)阻力多大,只能抵消部分的電荷,因而,在電壓保持穩(wěn)定不變的情況下,遇到的電阻越大時(shí)候,其電流就越小,而電流的定義是單位時(shí)間內(nèi)通過的電荷量,所以,電阻越大,被擋住的電荷量越大,電流也就越小。
而電流通過的時(shí)候,如果遇到的阻力來自于電容,電荷就會(huì)被完全的阻斷,在電路環(huán)境中,電容就像是一個(gè)開關(guān)一樣。然而,即便有這樣一個(gè)開關(guān)的存在,電荷依然會(huì)在電容的兩個(gè)極板上聚集,這是因?yàn)樵陔娐分惺冀K都會(huì)有正負(fù)兩種電荷定向移動(dòng),從而使得電容兩端形成了一個(gè)電勢(shì)差。
當(dāng)電容里面的電荷積累到足夠多時(shí),兩端的電勢(shì)差與端電壓就會(huì)相等,兩端沒有了電勢(shì)差,電荷也就不能再移動(dòng)了,這個(gè)過程就是電容充電的過程。
這個(gè)時(shí)候如果我們把電容單獨(dú)的拿下來,通過線路接到一個(gè)小燈泡上去的話,瞬間釋放出來的電荷是可以點(diǎn)亮這個(gè)小燈泡的,在燈泡被點(diǎn)亮的過程中,電容實(shí)際上也是處在一個(gè)釋放電能的過程,當(dāng)電容的內(nèi)部的電路耗盡時(shí)候,燈泡就會(huì)熄滅,電容存儲(chǔ)的電能也就消耗完了。
因?yàn)殡娙菥哂写鎯?chǔ)電能及釋放電能的物理特性,單從這一點(diǎn)講,它與蓄電池是一樣的。
電容的容量指的是在給定電壓下所能容納的電荷量,用字母c來表示,單位是f,其實(shí),就像閘門高度一樣,越高,阻擋的水位也會(huì)越高。
電容的計(jì)算公式是:c=q/u,說的是單位電壓下所能存儲(chǔ)的電荷量,所以,電容又被叫做電容量,但電容一旦做成,就是一個(gè)定數(shù),并不是由q與u來決定的。電容c的大小由介電常數(shù)ε、極板距離d、極板面積s所決定,c=εs/d,這才是電容的真實(shí)身份,就像水閘一樣,決定它攔截水量的大小,不取決于水量大小,而是取決于它本身的高度、厚度,還有材質(zhì)。
電容器的應(yīng)用非常的廣泛,既可以串聯(lián)在電路中,也可以并聯(lián)在電路中,串聯(lián)在電路中相當(dāng)于增加了極板間的距離,但極板面積不變,所以,總電容要小于任何一只電容大小,1/c=1/c1+1/c2,這是串聯(lián)總電容的表達(dá)式,而在并聯(lián)電路中,相當(dāng)于增加了極板面積,而極板距離沒有改變,所以,總電容等于多個(gè)并聯(lián)電容之和,即:c=c1+c2,這是并聯(lián)電容的表達(dá)式。
剛才提到,電容是可以存儲(chǔ)電能的,那么,它存儲(chǔ)的電能量如何表達(dá)哪?e=c(u^2)/2=qu/2=(q^2)/2c,所以,電容存儲(chǔ)電能的能力與電荷的平方成正比,與電容量成反比。
電容的基本換算方式:
上面我們已經(jīng)介紹過了電容在電路中的各種現(xiàn)象,接下來我們就來看下,電容的單位及相關(guān)的換算方法。
通用的電容單位為:f、mf、μf、nf、pf,他們之間的換算關(guān)系為:1f=1000mf 1mf=1000μf 1μf=1000nf1nf=1000pf。