带你完全了解电容!(上)

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  如果问“有没有听过电容这个词”，我相信大家的回答都是“听过”，但如果问“电容是什么”，我想能真正回答的人应该是不多的。而那些不能回答或只能回答个一二的人，这篇文章将可以让你提交一份完美的答案!

  一、电容的含义

  电容，简单来说，它有两方面的含义，一是指电容器，即实际的电路器件;另一方面它又指某种参数或效应，即电容参数或电容效应。

  从名称上去理解，“电容”也可以解读为“电荷的容纳(存储)”或“电场能量的容纳(存储)”。所以，为了便于理解电容，我们有必要知道电荷和电场的一些知识。

  1、电荷与电场

  电荷与电场相伴相随。电荷，即带有正电或负电的粒子，如自由电子、铜离子等。点电荷(没有大小和形状的一个点，只考虑其带电量)是比较典型的电荷模型，如下图1-1-1所示为3个点电荷，这些电荷由于电量的存在会在周围激发出相应的电场，电荷量越多，电场就越大。该电场会对“放置其中”的其他电荷产生力的作用，即同性电荷相互排斥，异性电荷相互吸引，这个力就是电场力。

  图1-1-1

  所谓“放置其中”，是指其他电荷置于该电场的范围内，这就好比地球的重力场会对地球表面的人产生重力作用，但如果人离地球足够远，即离开地球的重力场范围，就会因失去地球引力的作用而漂浮在空中。如图1-1-1中，若电荷q2靠近q1，直至接触到q1的电场，就受到q1的排斥力。

  同样的，若有一块铜金属板，如下图1-1-2所示，其内部带正电的铜离子靠在金属表面的同一侧。此时，这些铜离子就会在铜金属表面激发出一个电场，这个电场是这些铜离子共同产生的合成电场。若有另一块金属靠近铜板，那么这另一块金属内部的自由电子，就会在铜金属板电场力的吸引力下聚集在靠近铜的一侧表面。其实，这就是电荷的容纳，或者说，这就是电场能量的存储。

  图1-1-2

  想象一下，若图1-1-2的铜金属板表面的铜离子减少，那么它表面所激发的电场就会变小。此时这个电场对另一块金属内部自由电子的作用力也就会相应减小。所以，另一块金属板表面的的自由电子也会相应减少!

  另外，按照电场的性质，置于电场中的电荷都会受到力的作用，换言之，电场可以对电荷做功，即电场具有能量!电场力将单位正电荷自A点移动至B点时所做的功，就称之为A、B两点的电压，这也是A、B两点的电位差，如下图1-1-3所示。这表明了电压是反映两点间电场大小的物理量，同时也是能量的反映。

  图1-1-3

  2、电容效应

  根据电容的含义：“电荷的容纳(存储)”或“电场能量的容纳(存储)”，结合上文的电压定义，很显然，只要电位不相等，即有电压的存在，就表明有电场的存在。那么，置于电场中的电荷就会在电场的作用力下聚集并具有电场能量。这种产生电荷的聚集并具有电场能量的现象，就被称为电容效应。

  电容效应存在于很多场合，例如不同相的导线之间、相线与零线之间、相线与地之间、二极管的电极之间等，因为它们之间有电压，所以会产生电容效应。

  看到这里，相信大家对电容也有了一定的了解，但这还不是完美的答案!要想更深层次地掌握电容知识，“电容器”也是不可或缺的一部分。

  二、电容器

  电容器，就是根据电容效应而制成的电路器件，把电容效应发挥到最大化，尽可能地使电荷聚集，从而形成足够大的电场，存储相应的电场能量。

  电容器在工程技术中应用非常广泛，它的种类、型号、规格繁多，但结构原理相同。简单来说，两个相互靠近的金属板，中间夹一层不导电的绝缘介质(如绝缘纸、云母、空气等)，这就构成了电容器，如下图1-1-4所示。

  图1-1-4

  当给电容器的两金属板之间施加一个电压，也就是施加一个外电场，在这个外电场的作用力下，金属板的电荷发生聚集，例如接外电压正极(电源正极)的金属板，其正电荷因受到排斥力的作用向两极板间的方向聚集，同样的，另一块金属板的负电荷也向两极板间的方向聚集。

  有了电荷的聚集，电容器的两金属板间就建立了一个电场，即存储了一定的电场能量，这就是电容器的储能性质。一句话形容就是，电容器吸收的能量以电场能量的形式存储在极板间的电场中。

  电容器的应用非常广泛，在不同电路中发挥着不同的作用，如耦合、滤波、整流、无功补偿等。而要理解电容器的不同作用，就不得不了解电容器的相关特性，也就是其电路分析。

  三、电容元件与其参数

  电容元件和电容器都有电容两个字，那么它们有没有区别呢?电容元件是不是电容器?让我们一起来看看吧。

  1、电容元件

  电容器在电路分析中的建模就是电容元件，电容元件是一种理想的元件，它仅反映了电容器能存储电荷(存储电场能量)这一物理现象，其电路符号为两条短竖线，如下图1-1-5所示。这两条短竖线就如同两块金属板，可以说是非常形象了。

  图1-1-5

  上文说到“理想的元件”，这里的“理想”又是什么意思呢?其实，它是指忽略实际电容器的其他因素。例如，实际电容器在电路中除了储能的作用外，还会产生一定的电能损耗，这个电能的损耗就相当于电阻的作用，也就是说，实际电容器也有部分电阻的特性。但电容元件显然没有电阻的存在，无法反映出能量的损耗，所以，这就是电容元件与电容器的区别。

  但实际上，我们往往也把实际电容器叫做电容元件，基于此，大家就要懂得具体问题具体分析了。例如，若不能忽略电容器的功率损耗，那么它在电路分析中的建模，应是电容元件和电阻元件的并联组合，如下图1-1-6所示，但若忽略其功率损耗，此时电容器的建模就可以直接用电容元件表示。

  图1-1-6

  既然电容元件反映的是电容器的储能性质，那么，它就得把这个所存储的能量通过某种方式给表示出来，这就是“电容C ”的由来。

  2、电容元件的参数

  电容元件所存储的电荷q与电压u有着某种代数关系，即电容元件极板上存储的电荷q与其两端的电压成正比，这就是电容元件的元件特性，该比例系数用字母“C ”表示，如下图1-1-7所示。

  图1-1-7

  图1-1-7所示的式q =Cu中的“C ”就是电容元件的参数，称为电容，是一个正实常数。也就是说，一个具体的电容元件，其电容C就是一个大于零的常数(其值不变的数)，不随外部条件的变化而变化。

  显然，电容C是电荷与电压的比例系数，以电压u为横坐标、电荷q为纵坐标就可以画出电容元件的特性曲线，如图1-1-7所示，该曲线称为库伏曲线，斜率就为电容C 。

  至于为什么被称为库伏曲线，很简单，因为电荷q的单位为库仑，电压u的单位为伏特，所以这条曲线就叫库伏曲线啦。

  当电荷q的单位为库仑，电压u的单位为伏特时，电容C的单位就为法拉，用字母“F”表示，简称法。1F其实已经是一个非常大的数了，很多情况下，其单位都是以“μF(微法)”、“pF(皮法)”的形式出现，它们的关系如下图1-1-8所示。

  图1-1-8

  电容元件的参数称为电容，但一般情况下，为了方便，我们也把电容元件称为电容。也就是说，“电容”这个词和“C ”这个符号，一方面表示电容元件，一方面也表示电容元件的参数。

  关于电容的更多内容，如电容元件在交流电路和直流电路中的不同、与电容相关的容抗是什么等，我们将在下一篇文章再加以阐述，请持续关注哟!

(技成培训网原创，作者：杨思慧，未经授权不得转载，违者必究)

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