1.电容器——容纳电荷的容器
(1)基本结构:由两块彼此绝缘互相靠近的导体组成。
(2)带电特点:两板电荷等量异号,分布在两板相对的内侧。
(3)板间电场:板间形成匀强电场(不考虑边缘效应),场强大小E=U/d,方向始终垂直板面。
充电与放电:使电容器带电叫充电;使充电后的电容器失去电荷叫放电。充电过程实质上是电源逐步把正电荷从电容器的负极板移到正极板的过程。由于正、负两极板间有电势差,所以电源需要克服电场力做功。正是电源所做的这部分功以电能的形式储存在电容器中,放电时,这部分能量又释放出来。
电容器所带电量:电容器的一个极板上所带电量的绝对值。
击穿电压与额定电压:加在电容器两极上的电压如果超过某一极限,电介质将被击穿而损坏电容器,这个极限电压叫击穿电压;电容器长期工作所能承受的电压叫做额定电压,它比击穿电压要低。
2. 电容
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(1)物理意义:表征电容器容纳(储存)电荷本领的物理量。
(2)定义:使电容器两极板间的电势差增加1V所需要增加的电量。
电容器两极板间的电势差增加1V所需的电量越多,电容器的电容越大;反之则越小。
定义式:
式中C表示电容器的电容,
表示两板间增加的电势差,
表示当两板间电势差增加
时电容器所增加的电量。
电容器的电容还可这样定义:表示电容器的带电量,U表示带电量为Q时两板间的电势差。电容的单位是F,应用中还有
和
,1F=
。
注意:电容器的电容是反映其容纳电荷本领的物理量,完全由电容器本身属性决定,跟电容器是否带电,带电量多少以及两板电势差的大小无关。
(3)电容大小的决定因素
电容器的电容跟两极板的正对面积、两极板的间距以及两极板间的介质有关。两极板的正对面积越大,极板间的距离越小,电介质的介电常数越大,电容器的电容就越大。
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通常的可变电容器就是通过改变两极板的正对面积来实现电容量的改变的。
3. 平行板电容器
(1)电容:平行板电容器的电容与两板的正对面积S成正比,与两板间距d成反比,与充满两板间介质的介电常数成正比,即
。
注意:上式虽不要求进行定量计算,但用此式进行定性分析会很方便。
(2)板间场强:充电后的平行板电容器板间形成匀强电场,场强,其中U是两板间电势差,d为两板间距离。
4. 两类典型电容器问题的求解方法
(1)平行板电容器充电后,继续保持电容器两极板与电池两极相连接,电容器的d、S、变化,将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化?
这类问题由于电容器始终连接在电池上,因此两板间的电压保持不变,可根据下列几式讨论C、Q、E的变化情况。
(2)平行板电容器充电后,切断与电池的连接,电容器的d、S、变化,将引起电容器的C、Q、U、E怎样变化?
这类问题由于电容器充电后,切断与电池的连接,使电容器的带电量保持不变,可根据下列几式讨论C、U、E的变化情况。
小结:
电容器是一个储存电能的元件,在直流电路中,当电容器充、放电时,电路有充电、放电电流,一旦电流达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想不漏电的情况)的元件,电容电路可看作是断路,简化电路时可去掉它,简化后若要求电容器所带电量时,可在相应的位置补上.分析和计算含有电容器的直流电路时,关键是准确地判断并求出电容器的两端的电压,
其具体方法是:
1.确定电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电压即为电容器两端电压.
2.当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时,此电路两端电压即为电容器两端电压.
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3.对于较复杂电路,需要将电容器两端的电势与基准点的电势比较后才能确定电容器两端的电压.