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电容器及其电容

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电容器及其电容

    实际上,在一个带电体附近,总会有其他导体、电介质或带电体的存在,此时导体上的电荷分布和电势都要受到影响,致使导体的电容发生变化.那么,如何获得不受外界影响的稳定电容呢?利用静电屏蔽可解决这一问题.如一对带等量异号电荷靠得很近的无限大平行导体板,电场局限于两板之间,且不受外界影响,这样的导体组就具有稳定的容纳电荷的能力.我们把这样一对相距很近的导体板所构成的系统叫做电容器,导体板称做电容器的两个极板.实际工作上,两极板所带的电荷总是等量异号的,分别为+Q和-Q,理论和实验都证明此时两极板之间的电势差U与电容器极板上的电量Q成正比,其比例系数C就是电容器的电容,即

    可见,电容器的电容等于两极板间具有单位电势差时极板上所能容纳的电量,它表征了电容器储存电荷的能力.电容器的电容只由电容器本身的结构(如形状、大小、介质)来决定,与其带电状态和周围的导体或带电体无关.

    电容器是一个重要的电器元件,按其形状不同可分为平行板电容器、柱形电容器、球形电容器等;按极板间填充的电介质来分,有空气电容器、云母电容器、陶瓷电容器、电解电容器等.

    下面介绍几种常用电容器,并以此为例说明电容器电容的计算方法.

    例10.3 求平板电容器电容

    图10.13 平板电容器

    根据电容器的电容定义式可得平板电容器的电容为

    由上式可知平行板电容器的电容与极板间的面积成正比,与极板间的距离成反比.

    例10.4 求球形电容器电容

    球形电容器是由两个同心的薄导体球壳AB组成,如图10.14所示.设两球壳的半径分别为R1R2

    图10.14 球形电容器

    方向沿径向,因此,两球壳间的电势差为

    根据电容的定义可得球形电容器的电容为

    可见球形电容器的电容仍然只与它的几何结构有关.

    例10.5 求圆柱形电容器电容

    图10.15 圆柱形电容器

    由电容器电容的定义,圆柱形电容器的电容为

    可见圆柱形电容器的电容与圆柱的长度成正比,与两圆柱面半径比值的自然对数成反比.

    通过上面的例子可知,在计算电容器的电容时,首先假设两极板上所带的(等量异号)电量.根据所设的电量来计算两极板间的场强分布,从而计算出两极板间的电势差,再根据电容器的电容定义式求出电容.

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