電容器和電容

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介紹

電容器是能夠儲存電荷的小型電子元件，它們廣泛應用於各種電子裝置和電路中，例如收音機、電視機、微波爐和計算機。在電子專案中使用電容器時，需要了解其工作原理以及它與電阻器和電感器等其他元件的區別。

什麼是電容器？

電容器是一種雙端電子元件，用於儲存電場中的能量。這種能量以其端子間的電勢能形式儲存，以伏特為單位測量。它由兩個電極板組成，電極板之間有一定的距離，並且該距離填充有絕緣材料。

電容器的行為取決於它是處於充電還是放電狀態。在充電過程中，電流透過電路流入電容器的一個端子，同時在其另一個端子的兩側（電解質）積累電荷。

端子間出現電壓降，表明能量正在轉換成電能。在放電過程中，電荷離開一個端子，同時在其另一個端子的兩側積累。當所有可用電荷都離開一個端子並在其另一個端子的兩側積累相等但相反的電荷（電解質）時，電流停止流動。

電容器是如何工作的？

電容器是電子學中用來儲存電荷的器件。就像電池一樣，電容器也有正極（+）和負極（-）。但與電池不同的是，電容器允許你儲存電荷，而無需任何化學作用或能量源。

在實驗中，我們將直流電壓的正極連線到第一塊極板，負極連線到第二塊極板。當電流流入電容器時，相對於第一塊極板，第二塊極板將帶負電。電流試圖從電容器的正極板流向負極板。但是由於介電材料的存在，電流無法流動。

圖片即將推出

一段時間後，電容器的極板之間會儲存一定量的電荷。移除電池後，電荷會在電容器的兩極板之間積累一段時間。

如何確定電容值？

圖片即將推出

電容器儲存電荷的能力由其電容來量化。電容器的第一塊和第二塊極板分別帶有+q和-q的電荷。我們知道V與電場成正比。

$\mathrm{Q\:\varpropto\:V}$

$\mathrm{Q \:= \:CV}$

$\mathrm{C \:= \:Q/V}$

儲存在電容器中的能量

任何包含電容器的電路都會儲存能量。

此能量由下式給出：E = 1/2 CV²

其中

• C 是電容，
• V 是電壓，並且
• $\phi$V 是電勢差（即電壓）。

電容器透過靜電場儲存能量：與可以從一點流向另一點的電荷不同，靜電場不會從空間的一點流向另一點。

電容的標準單位

我們用法拉來測量電容器。但法拉是一個較大的單位，因此我們用毫、納、微等更小的單位來測量。

• 1 μF（微法拉）=$\mathrm{10^{−6}\:F}$
• 1 mF（毫法拉）= $\mathrm{10^{−3}\: F}$
• 1 pF（皮法拉）= $\mathrm{10^{−12}\:F}$
• 1 nF（納法拉）= $\mathrm{10^{−9}\: F}$

電容器的應用

• 在電子學中，電容器主要用於阻擋直流電，同時允許交流電透過。換句話說，電容器充當電路中的電荷緩衝器。因此，電容器有一些應用。

• 由於電容器能夠在電場中儲存能量，因此它們通常用於濾除不需要的頻率成分或阻止瞬態電壓（例如電壓尖峰）損壞電路中的敏感元件。

• 此外，由於某些型別的電容器具有穩定的放電特性，因此它們可以用作數位電路（如時鐘）中的定時元件。

• 它們還可以用作諧振電路（例如RC定時網路）的一部分，或者並聯板電容器通常作為射頻去耦電路的一部分構建在印刷電路板上。

常見問題

Q1. 如何選擇合適的電容器？

A1：雖然沒有硬性規定需要多少個電容器，但存在一些基本準則。首先，嘗試估計你的功率中直流電 (DC) 的百分比與交流電 (AC) 或電壓尖峰的百分比。

Q2. 什麼是可變電容器？

A2：可變電容器是一種可以改變其電容的電容器，通常透過旋轉控制軸或旋鈕來實現。可變電容器用於調諧射頻 (RF) 電路，例如振盪器和濾波器。這些電容器通常與固定電容器串聯使用，作為帶通濾波器來分離不同頻率的訊號；使用可變電容器使操作員更容易精確地調整帶通，而無需猜測。

Q3. 什麼是超級電容器？

A3：今天，我們將研究另一種型別的電容器，稱為超級電容器。這些型別的電容器與傳統的電解電容器不同，因為它們的工作原理完全不同。

Q4. 電容器儲存的是什麼能量？

A4：電容器也能夠在靜電場中儲存能量。因此，它不是像旋轉物體那樣儲存動能，也不是像升高的物體那樣儲存勢能，而是儲存靜電勢能。在任何給定時刻，單個帶電電容器都儲存了一定量的勢能，可以用該電荷的電壓乘以其電容來表示。

Q5. 為什麼電容器中使用介電材料作為絕緣材料而不是水？

A5：因為水的介電強度低，介電常數高。因此，水將充當導體，電荷會洩漏。