【導(dǎo)讀】本文介紹了一些電容器的基礎(chǔ)知識，比如電容器的作用、電容器的充放電過程、怎樣衡量電容器容量的大小、衡量充放電時間長短的指標(biāo)以及交流電能夠通過電容器的原因。
電容器的作用：儲存電荷的容器
從電容器的名稱上可以看出，它是一種電的“容器”，具體地說，是一種儲存電荷的“容器”。盡管電容器品種繁多，形態(tài)各異，但它們的基本結(jié)構(gòu)是相同的。廣義地說，兩片相距很近的金屬板(或金屬薄膜)中間被絕緣的物質(zhì)(固體、氣體或液體)所隔開，就構(gòu)成了電容器。兩片金屬板稱為電容器的極板，中間的絕緣物質(zhì)叫做介質(zhì)。電容器儲存電荷的過程可以用來說明。把電容器的兩個極板分別接在干電池的正、負(fù)極上，由于干電池的正極帶正電，將吸引與它相連的極板上帶負(fù)電的自由電子，使這塊極板因失去了負(fù)電荷而帶正電；干電池的負(fù)極帶負(fù)電，它會把帶負(fù)電的自由電子推斥到與它相連的極板上，這塊極板因獲得負(fù)電荷而帶負(fù)電。由于兩片極板面積較大，距離很近，正、負(fù)電荷之間有著較強(qiáng)的吸引力，這時，即使把干電池斷開，兩片極板上的電荷仍然會保留下來，這就相當(dāng)于電容器儲存了電荷。值得注意的是，隨著電容器極板上正、負(fù)電荷的積累，兩極板之間也就建立起電壓，積蓄起電能，這個過程稱為電容器的充電過程。
電容器的充放電過程
當(dāng)電容器接通電源以后,在電場力的作用下,與電源正極相接電容器極板的 自由電子將經(jīng)過電源移到與電源負(fù)極相接的極板下, 正極由于失去負(fù)電荷而帶正電, 負(fù) 極由于獲得負(fù)電荷而帶負(fù)電,正,負(fù)極板所帶電荷大小相等,符號相反,見圖.電荷定 向移動形成電流,由于同性電荷的排斥作用,所以開始電流最大,以后逐漸減小,在電 荷移動過程中,電容器極板儲存的電荷不斷增加,電容器兩極板間電壓 UC 等于電源電 壓 U 時電荷停止移動,電流 I=0,開關(guān)閉合,通過導(dǎo)線的連接作用,電容器正負(fù)極板電荷中和掉. 當(dāng) K 閉合時,電容器 C 正極正電荷可以移動 負(fù)極上中和掉,負(fù)極負(fù)電荷也可以移到正極中和掉,電荷逐漸減少,表現(xiàn)電流減小,電 壓也 逐漸減小為零.
怎樣衡量電容器容量的大小
電容器既然是一種儲存電荷的“容器”，就必然會有個“容量”大小的問題。為了衡量電容器儲存電荷的能力，于是確定了電容量這個物理量。大家知道，電容器必須在外加電壓的作用下才能儲存電荷。不同的電容器在電壓作用下儲存的電荷量也可能很不相同。為此國際上統(tǒng)一規(guī)定，給電容器外加1伏特直流電壓時，它所能儲存的電荷量，為該電容器的電容量，用字母C表示。電容量的基本單位為法拉。在1伏特直流電壓作用下，如果電容器儲存的電荷為1庫侖，電容量就被定為1 法拉，法拉用符號F表示。在實際應(yīng)用中，電容器的電容量往往比1法拉小得多，常用較小的單位，如微法(μF)、皮法(pF)等，它們的關(guān)系是：1微法等于百萬分之一法拉；1皮法等于百萬分之一微法，即
1法拉(F)=1000000微法(μF)
1微法(μF)=1000000皮法(pF)
衡量充放電時間長短的指標(biāo)—時間常數(shù)
如果電容器的電容量C一定，電阻R越大，充電電流就越小，充電時間也就越長；如果電阻R一定，電容量 C越大，電容器充滿電所需要的電荷就越多，充電時間也就越長。顯然，電容量C和電阻值R是決定電容器充電快慢的兩個主要因素，與電源電壓無關(guān)。人們把RC 電路中電阻R與電容量C的乘積，稱為RC充(放)電回路的時間常數(shù)，用希臘字母τ表示，它的單位是秒，即τ=RC(秒)、從RC 電路中電容器開始放電瞬間起，經(jīng)過3τ時間，電容器兩端的電壓可以充到電源電壓的95％，經(jīng)過5τ時間，上升到電源電壓的99.3％。于是，在電路分析與計算中，將RC電路的充(放)電時間取為5τ。比如電容器的電容量C=4000微法，小燈泡的電阻R=60歐姆，可以算出回路的時間常數(shù) τ=0.24秒。充電或放電所經(jīng)歷的時間大致需要5τ，也就是1.2秒。
交流電為什么能夠通過電容器
在電子電路中，電容器常被用作耦合、旁路、濾波等，都是利用它“隔直流，傳交流”的特性。為什么交流信號可以順利地“通過”電容器，又可靠地隔斷直流電流呢?把交流電往復(fù)變化的一個周期分成4段：在0－1段，電壓從零值向最大值連續(xù)增長；在1－2段，電壓從最大值連續(xù)減小到零；2－3段，電壓從零值向負(fù)的最大值連續(xù)增長；3－4段，電壓從負(fù)的最大值連續(xù)減小到零。顯然，正弦波交流電不僅方向往復(fù)交變，它的大小也在每時每刻發(fā)生著變化。把電容器接在交流電源上，當(dāng)電壓處于正向或負(fù)向增長階段，電容器連續(xù)充電；當(dāng)電壓正、負(fù)最大值向零值減小階段，電容器連續(xù)放電。這樣，電路中就會流過與正弦波電壓變化規(guī)律一致的充電電流和放電電流，雖然電容器的介質(zhì)并不導(dǎo)電，卻如同交流電“通過”電容器一樣，在正弦交流電壓的作用下，產(chǎn)生了正弦交流電流。
