如何理解电容?

跟大家聊聊电容,再从电容的介电常数引出不同材料绝缘能力不一样的原因,这也是一个意外的收获,后来探索下去竟然发现了华为5G的秘密!把这个过程收获分享给大家。这篇文章也是昨天文章的延续,有兴趣的可以先看看昨天介绍电容容量、电池容量、电流做功、电荷量之间关系的文章或者之前的文章介绍的比较详细。前面的都是探索的过程,最后几段是关于华为的内容。

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电容

说到电容根据字面意思理解,很容易理解成存储电荷量的容器,可以用存储电荷量的多少来描述电容器的大小,其实这样理解是错的,为什么呢?因为电容其实是指容纳电荷的能力,它的价值就是用来描述电容器这种元器件存储电荷量能力的大小,而不是描述可以存储多少电荷量。所以大家不要误会了。

电荷之间有力的作用会在空间里面四处游动

还有一个问题:电荷如果在真空的电场里面,它会受到电场力的影响按照同性相斥,异性相吸的原理不断移动,不断向四周运动就不容易存储起来,那为什么会有电容的存在呢?一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上,造成电荷的累积储存,就有了电容。这样看的话不同介质应该会有不同的影响,这种影响就是极板间介质的介电常数ε(读:艾普西龙)。

极板间介质的介电常数ε又称电容率或相对电容率,常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质(极板间的材料)和真空时的电容的比值,这就是它的计算方法。极板间介质的介电常数ε有很大的意义,通常通过它可以判断出很多信息:1、根据计算方法推理出:两片电容极板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍,ε越大电容可以变得越大;2、ε越大电容极板间材料的绝缘性能越好;3、电磁波经过电容器时,ε越大低频电磁波的衰减越大,当电磁波穿过电介质,波的速度被减小,有更短的波长。这三条我看下来是有很多疑问的,所以我找了很多资料来解读它,下面的内容就是解读的内容。

C=εS/4πkd

上面是电容计算的决定式,里面各项参数都是影响电容大小的依据,其中,ε为相对介电常数,k为静电力常量,S为两板正对面积,d为两板间距离。

电容电容器不同。电容为基本物理量,符号C,单位为F(法拉),电容器是元器件,可以用其他符号代表,电容电容器的一个参数。

为了方便计算还有一个通用公式C=Q/U,这个通用公式没有实际意义,U也不是影响电容大小的决定参数,只是为了方便计算推理出来的实用公式。

平行板电容器专用公式:板间电场强度E=U/d。

看了上面的资料,我们再回到问题上来:为什么ε越大电容极板间材料的绝缘性能越好?难道极板间的介电常数ε与材料的绝缘性能有关系?我查了资料还真这样的。

电介质(电场中的材料)有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如,当一个电介质材料放在两个电荷之间,它会减少作用在它们之间的力,就像它们被移远了一样,ε越大这种效应越明显。(这一条查了很多资料才确定的),因为介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场,如果有大介电常数的材料放在电场中,电场的强度会在电介质内有可观的下降。理想导体的相对介电常数表面为无穷大,内部为0,如果金属当介质填充在两极板间并与之接触,则绝缘为0会短路击穿,如果金属介质与两极板不接触则绝缘性能无穷大(其实金属导体的介电常数在不同的条件下会不断变化的,计算公式是一个复数公式,有实部和虚部,比较复杂,简单的就按照本文理解就可以了)。

导体与绝缘体

由此我产生了两个疑惑:一个是自己印象当中的绝缘材料是不导电的、惰性的、没有自由电荷的材料,而这里说ε越大材料绝缘性能越好,因为绝缘材料里面的电荷会产生相反的感应电场而削弱外加电场,这里不是很好理解。第二个疑惑是:如果绝缘材料性能越好即ε越大,会使空间比起实际尺寸变得更大。例如,当一个电介质材料放在两个电荷之间,它会减少作用在它们之间的力,就像它们被移远了一样,ε越大这种效应越明显。那按照电容决定公式推理,如果电容两极板看做两个电荷,ε越大相当于把两极板之间的距离移远了,电容就会变小!但是根据ε计算方法推理出:两片电容极板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍,ε越大电容可以变得越大!这不是矛盾了吗?!带着这两个问题继续查资料:


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