通过直流电路环境来认识电容,理解电容

一般的电路环境中,电路中的电荷都是在电场力的作用下进行运动的,我们通过观测直流电路中会发现,电路常常能够遇到两种阻碍电流通过的阻力,一种就是单纯的电阻力,它来自于电阻器,另外一种就是电容。
电流在遇到阻力的时候,实际上电荷还是能越过去的,无论这个阻力多大,只能抵消部分的电荷,因而,在电压保持稳定不变的情况下,遇到的电阻越大时候,其电流就越小,而电流的定义是单位时间内通过的电荷量,所以,电阻越大,被挡住的电荷量越大,电流也就越小。
而电流通过的时候,如果遇到的阻力来自于电容,电荷就会被完全的阻断,在电路环境中,电容就像是一个开关一样。然而,即便有这样一个开关的存在,电荷依然会在电容的两个极板上聚集,这是因为在电路中始终都会有正负两种电荷定向移动,从而使得电容两端形成了一个电势差。
当电容里面的电荷积累到足够多时,两端的电势差与端电压就会相等,两端没有了电势差,电荷也就不能再移动了,这个过程就是电容充电的过程。
这个时候如果我们把电容单独的拿下来,通过线路接到一个小灯泡上去的话,瞬间释放出来的电荷是可以点亮这个小灯泡的,在灯泡被点亮的过程中,电容实际上也是处在一个释放电能的过程,当电容的内部的电路耗尽时候,灯泡就会熄灭,电容存储的电能也就消耗完了。
因为电容具有存储电能及释放电能的物理特性,单从这一点讲,它与蓄电池是一样的。
电容的容量指的是在给定电压下所能容纳的电荷量,用字母c来表示,单位是f,其实,就像闸门高度一样,越高,阻挡的水位也会越高。
电容的计算公式是:c=q/u,说的是单位电压下所能存储的电荷量,所以,电容又被叫做电容量,但电容一旦做成,就是一个定数,并不是由q与u来决定的。电容c的大小由介电常数ε、极板距离d、极板面积s所决定,c=εs/d,这才是电容的真实身份,就像水闸一样,决定它拦截水量的大小,不取决于水量大小,而是取决于它本身的高度、厚度,还有材质。
电容器的应用非常的广泛,既可以串联在电路中,也可以并联在电路中,串联在电路中相当于增加了极板间的距离,但极板面积不变,所以,总电容要小于任何一只电容大小,1/c=1/c1+1/c2,这是串联总电容的表达式,而在并联电路中,相当于增加了极板面积,而极板距离没有改变,所以,总电容等于多个并联电容之和,即:c=c1+c2,这是并联电容的表达式。
刚才提到,电容是可以存储电能的,那么,它存储的电能量如何表达哪?e=c(u^2)/2=qu/2=(q^2)/2c,所以,电容存储电能的能力与电荷的平方成正比,与电容量成反比。
电容的基本换算方式:
上面我们已经介绍过了电容在电路中的各种现象,接下来我们就来看下,电容的单位及相关的换算方法。
通用的电容单位为:f、mf、μf、nf、pf,他们之间的换算关系为:1f=1000mf 1mf=1000μf 1μf=1000nf1nf=1000pf。