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电容器是现代电器中常用的电子元件,几十年来人们普遍使用的收音机、电视机、计算机等电器都需要使用大量的电容器。
当然,随着技术的进步,这些电容器的形状正在迅速改变。
1. 电容器
1、概念:任何两根绝缘且靠近的导体都可以组成一个电容器,这两根导体称为电容器的电极。
例如两个人靠近,或者两块平行的金属板之间夹着一层薄纸,就可以形成一个电容器。
纸质电容器:由两层长条状的油浸纸交替夹着两层锡箔卷起来构成的电容器。
电路中的符号:
2.电容器的充电和放电
充电:电容器充电的过程(Q增加,U增加,E增加,电场能量增加)
把电容器的两个极板接到电源的两个极上,电容器即可充电
充电时,两块极板上总是带有等量的异性电荷,每块极板上电荷的绝对值称为电容器的电荷。
放电:导致电容器失去电荷的过程
(Q减小,U减小,E减小,电场能量减小)
例1:两块平行金属板接入电路,如下图所示。
当开关接通时,电容器充电,电流流过灵敏的电流表,把电能转换成电容器的电场能;
当接b时,电容器放电——灵敏的电流表就有放电电流;电场能转换成其他形式的能量。
2. 电容
1、定义:容器所带电荷Q与电容器两极板间电位差U之比称为电容器的电容量。符号C。
2、电容的定义:
Q 表示每个极板上电荷的绝对值。
U 表示电容器两极板之间的电位差——电压。
注:电容器的电容量与Q、U无关,而是由电容器本身的结构决定的。对于平行板电容器,确定公式为:C =
。
(ε为介电常数,S为平行板电容器面积,k为静电力常数,d为两板间距离。)
电容在数值上等于将两个极板之间的电位差增加 1V 所需的电荷量。
3.物理意义:C是表示电容器保持电荷能力的物理量
4.单位:国际单位制中,单位为法拉(F),1F=1C/V
常见的电容一般在几十pF到几千μF之间。
5、加在电容器两电极之间的电压不能超过一定的限度,超过这个限度,就会击穿电介质,造成电容器损坏,这个极限电压叫击穿电压。工作电压又称额定电压,标在电容器外壳上,是指电容器长期工作时能承受的电压,一般都低于击穿电压。
3、电容器的分类:
1、从结构上看,常用的电容器分为固定电容器和可变电容器两大类,前者的电容量是固定的,而后者的电容量一般是通过改变两极相面对的面积来改变的,当然,也可以通过改变两极之间的距离或改变电容器内所充的电解质来改变电容量。
2.几种常见的固定电容器
聚苯乙烯电容、电解电容(电解电容正负极不能接反,不能接交流电)
4.电容器一些常见动态过程的分析
平行板电容器充电时,两个板上带有等量的相反电荷,且板之间存在电场。
电容器的两个极板仍然与电源相连,极板间的电位差(电压U)保持不变。
(1)保持接触面积不变,减小板间距离d:
① 通过
两板之间的电场强度增大,反之亦然;
② 通过
因此,电容C增大,由Q=CU可知,电容器上的电荷增加,反之亦然。
(2)保持板间距离d不变,增加基板间的面对面积S
① 通过
电容量C增大,由Q=CU可知,电容器的电荷增加,反之亦然;
②电容器极板间的电场保持不变
2、充电完成后,关断开关,电容上的电荷Q保持不变。
保持面对面积不变,减小板之间的距离d。
① 通过
极板间的电场强度保持不变。
② 通过
因此,电容C增加,并且由于Q=CU,极板之间的电压U减小。
【例2】如图所示电路中,A、B为两块垂直放置的金属板,G为一只静电计,当开关S闭合时,静电计开启一个角度。下列哪种情况能使指针角度增大?
A. 关闭 S,并使板 A 和 B 靠近在一起。
B. 关闭 S,使得面向 A 和 B 的区域稍微偏移。
C.断开S以增加A和B之间的距离。
D. 断开 S,使得面向 A 和 B 的区域交错。
答案:CD。静电计可以检测极板AB之间的电位差(电压U)。
原来,当S断开时,AB间的距离增大,电容C减小。由Q=CU可知,极板间电位差增大,静电计指针的角度增大,C项正确;相对面积减小,电容也减小。同理,D项正确。
实践:
1、充电后,理想平行板电容器与电源断开,能增加两板间电位差的方法是:(CD)
A. 在两块板之间插入一块玻璃板。B. 将两块板靠近一点。
C.保持两块板之间的距离不变,将两块板错开。D.将两块板分开。
2、如图所示的实验装置中,平行板电容器的极板A接有灵敏的静电计,极板B接地。若极板B略微向上移动,从静电计指针的变化可以得出平行板电容器电容量减小的结论电容器高中物理,其依据是:( )D
A.两个极板的电压保持不变,但极板上的电荷量减少。
B.两个极板的电压保持不变,但极板上的电荷量增加。
C.极板上的电荷量几乎保持不变,两极板之间的电压减小
D.板上的电荷量几乎保持不变,但两个板之间的电压增加。
3、如图所示,平行板电容器通过开关S与电源相连,a点处有一个电荷量很小的点电荷,S闭合,即为a点电位电容器高中物理,F表示点电荷所受的电场力。现在将电容器的B极板略微向下移动,使两极板间的距离增大。则:(B)
A. 增加,F 增加B. 增加,F 减少C. 不变,F 不变D. 不变,F 减少