電工基礎(chǔ)課件5

1、第四章電容共四十二頁第四章電容教學(xué)(jio xu)重點(diǎn)理解電容器的充、放電(fng din)過程。 1. 理解電容的概念及其計(jì)算。2. 掌握電容器串、并聯(lián)的性質(zhì)及等效電容的計(jì)算。3. 理解電容充、放電過程中的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律及有關(guān)計(jì)算。 教學(xué)難點(diǎn)共四十二頁序號內(nèi) 容學(xué)時(shí)1 第一節(jié)電容器和電容 22 第二節(jié)電容器的連接 13 第三節(jié)電容器的充電和放電 14 實(shí)驗(yàn)4.1電容器的充放電 25 第四節(jié)電容器中的電場能量 16 本章小結(jié)17 本章總學(xué)時(shí) 8學(xué)時(shí)(xush)分配共四十二頁第四章電容第一節(jié) 電容(dinrng)器和電容(dinrng)第二節(jié) 電容器的連接(linji)第三節(jié) 電容器的充電和放電第

2、四節(jié) 電容器中的電場能量本章小結(jié)共四十二頁第一節(jié)電容(dinrng)器和電容(dinrng)一、電容器二、電容(dinrng)三、平行板電容器的電容四、說明共四十二頁1結(jié)構(gòu)：兩個(gè)彼此靠近又相互絕緣的導(dǎo)體，就構(gòu)成(guchng)了一只電容器。這對導(dǎo)體叫電容器的兩個(gè)極板。2種類：電容器按其電容量是否可變，可分為固定電容器和可變電容器，可變電容器還包括(boku)半可變電容器。它們在電路中的符號參見表 4-1。 一、電容器表 4-1電容器在電路中的符號 圖形符號雙連可變電 容 器可 變電容器半可變電容器電解電容器電容器名稱共四十二頁固定(gdng)電容器的電容量是固定(gdng)不變的，它的性能和用

3、途與兩極板間的介質(zhì)有關(guān)。一般常用的介質(zhì)有云母、陶瓷、金屬氧化膜、紙介質(zhì)、鋁電解質(zhì)等。電解電容器是有正負(fù)極之分的，使用時(shí)不可(bk)將極性接反或接到交流電路中，否則會將電解電容器擊穿。電容量在一定范圍內(nèi)可調(diào)的電容器叫可變電容器。半可變電容器又叫微調(diào)電容。共四十二頁常用(chn yn)的電容器如圖 4-1 所示。圖 4-1常用電容器 共四十二頁3作用：電容器是儲存和容納電荷的裝置(zhungzh)，也是儲存電場能量的裝置。電容器每個(gè)極板上所儲存的電荷的量叫電容器的電量。將電容器兩極板分別(fnbi)接到電源的正、負(fù)極上，使電容器兩極板分別(fnbi)帶上等量異號電荷，這個(gè)過程叫電容器的充電過程。

4、電容器充電后，極板間有電場和電壓。用一根導(dǎo)線將電容器兩極板相連，兩極板上正、負(fù)電荷中和，電容器失去電量，這個(gè)過程稱為電容器的放電過程。 共四十二頁 4平行板電容器：由兩塊相互平行、靠得很近、彼此絕緣的金屬板所組成(z chn)的電容器，叫平行板電容器。是一種最簡單的電容器。圖 4-2 給出了平板電容器的示意圖。圖 4-2 平行板電容器共四十二頁1電容 C：如圖 4-2 所示，當(dāng)電容器極板上所帶的電量(dinling) Q 增加或減少時(shí)，兩極板間的電壓 U 也隨之增加或減少，但 Q 與 U 的比值是一個(gè)恒量，不同的電容器，Q / U 的值不同。電容反映了電容器儲存電荷(dinh)能力的大小，它只

5、與電容本身的性質(zhì)有關(guān)，與電容器所帶的電量及電容器兩極板間的電壓無關(guān)。電容器所帶電量與兩極板間電壓之比，稱為電容器的電容二、電容圖 4-2 平行板電容器2單位：電容的單位有法拉(F)、微法(F)、皮法(pF)，它們之間的關(guān)系為1 F = 10 6 F = 10 12 pF共四十二頁 圖 4-2 所示的平行板電容器的電容 C ，跟介電常數(shù) 成正比，跟兩極板正對的面積(min j) S 成正比，跟極板間的距離成 d 反比，即 式中介電常數(shù) 由介質(zhì)的性質(zhì)(xngzh)決定，單位是 F/m。真空介電常數(shù)為某種介質(zhì)的介電常數(shù) 與真空介電常數(shù) 0 之比，叫做該介質(zhì)的相對介電常數(shù)，用 r 表示，即三、平行板電

6、容器的電容 r = / 0 0 8.86 1012 F/m圖 4-2 平行板電容器共四十二頁表 4-2 給出了幾種常用介質(zhì)的相對(xingdu)介電常數(shù)。 表 4-2幾種常用介質(zhì)的相對介電常數(shù) 2.28.56 6.57 8.511.6聚苯乙烯三氧化二鋁無線電瓷超高頻瓷五氧化二鉭4.21.03.535 80 7.0石英空氣硬橡膠酒精純水云母相對介電常數(shù)/(F/m)介質(zhì)名稱相對介電常數(shù) (F/m)介質(zhì)名稱共四十二頁1電容(dinrng)是電容(dinrng)器的固有特性，它只與兩極板正對面積、板間距離及板間的介質(zhì)有關(guān)，與電容(dinrng)器是否帶電、帶電多少無關(guān)。2任何兩個(gè)導(dǎo)體之間都存在(cnz

7、i)電容。3電容器存在耐壓值，當(dāng)加在電容器兩極板間的電壓大于它的額定電壓時(shí)，電容器將被擊穿。四、說明共四十二頁【例 4-1】將一個(gè)電容為 6.8 F 的電容器接到電動(dòng)勢為 1000 V 的直流電源上，充電結(jié)束(jish)后，求電容器極板上所帶的電量。 解： 根據(jù)(gnj)電容定義式 ，則 Q = CU = （6.8 106 1000） C = 0.0068 C 共四十二頁【例4-2】有一真空電容器，其電容是 8.2 F，其間充滿云母(ynm)介質(zhì)，將兩極板間距離增大一倍后，求云母(ynm)電容器的電容。 解：查表 4-2 可知云母的相對介電常數(shù) r = 7，則真空(zhnkng)電容器的電容為

8、云母電容器的電容為比較兩式可得共四十二頁第二節(jié)電容器的連接(linji) 一、電容器的串聯(lián)(chunlin)二、 電容器的并聯(lián)共四十二頁 把幾個(gè)電容器首尾相接連成一個(gè)無分支(fnzh)的電路，稱為電容器的串聯(lián)，如圖 4-3 所示。 一、電容器的串聯(lián)(chunlin)圖 4-3電容器的串聯(lián) 共四十二頁 串聯(lián)(chunlin)時(shí)每個(gè)極板上的電荷量都是 q 。 設(shè)每個(gè)電容器的電容分別為 C1、C2、C3，電壓分別為U1、U2、U3，則總電壓U等于各個(gè)(gg)電容器上的電壓之和，所以 設(shè)串聯(lián)總電容(等效電容)為 C，則由 ，可得即串聯(lián)電容器總電容的倒數(shù)等于各電容器電容的倒數(shù)之和。 共四十二頁【例4-3

9、】如圖 4-3 中，C1 = C2 = C3 = C0 = 200 F，額定工作電壓為 50 V，電源電壓 U = 120 V，求這組串聯(lián)電容(dinrng)器的等效電容(dinrng)是多大？每只電容(dinrng)器兩端的電壓是多大？在此電壓下工作是否安全？ 圖 4-3電容器的串聯(lián)(chunlin) 共四十二頁解：三只電容(dinrng)串聯(lián)后的等效電容(dinrng)為 每只電容器上所帶的電荷(dinh)量為每只電容上的電壓為 電容器上的電壓小于它的額定電壓，因此電容在這種情況下工作是安全的。 共四十二頁【例4-4】現(xiàn)有(xin yu)兩只電容器，其中一只電容器的電容為 C1 = 2 F

10、，額定工作電壓為 160 V，另一只電容器的電容為 C2 = 10 F，額定工作電壓為 250 V，若將這兩只電容器串聯(lián)起來，接在 300 V的直流電源上，如圖 4-4 所示，問每只電容器上的電壓是多少？這樣使用是否安全？ 圖 4-4例題(lt) 4-4 圖 共四十二頁解：兩只電容器串聯(lián)(chunlin)后的等效電容為各電容(dinrng)的電荷量為各電容器上的電壓為共四十二頁由于電容器 C1 的額定電壓是 160 V，而實(shí)際加在它上面的電壓是 250 V，遠(yuǎn)大于它的額定電壓，所以電容器 C1可能會被擊穿；當(dāng) C1 被擊穿后，300 V的電壓將全部加在C2 上，這一電壓也大于它的額定電壓，因而

11、也可能被擊穿。由此可見，這樣使用(shyng)是不安全的。本題中，每只電容器允許充入的電荷量分別為為了使 C1 上的電荷量不超過(chogu) 3.2 104 C，外加總電壓應(yīng)不超過電容值不等的電容器串聯(lián)使用時(shí)，每只電容上分配的電壓與其電容成反比。 共四十二頁 如圖 4-5 所示，把幾只電容器的一端連在一起，另一端也連在一起的連接方式(fngsh)，叫電容器的并聯(lián)。 二、 電容器的并聯(lián)(bnglin)圖 4-5電容器的并聯(lián) 共四十二頁 電容器并聯(lián)時(shí)，加在每個(gè)電容器上的電壓都相等。設(shè)電容器的電容分別(fnbi)為 C1、C2、C3，所帶的電量分別為 q1、q2、q3，則 電容器組儲存的總電量(d

12、inling) q 等于各個(gè)電容器所帶電量之和，即 設(shè)并聯(lián)電容器的總電容(等效電容)為 C ，由 q = CU ，得 即并聯(lián)電容器的總電容等于各個(gè)電容器的電容之和。 共四十二頁【例4-5】 電容器 A 的電容為 10 F，充電后電壓為 30 V，電容器 B 的電容為 20 F，充電后電壓為 15 V，把它們并聯(lián)(bnglin)在一起，其電壓是多少？解：電容器 A、B 連接前的帶電(di din)量分別為連接后的共同電壓為并聯(lián)后的總電容為它們的總電荷量為共四十二頁第三節(jié)電容器的充電(chng din)和放電 一、電容器的充電(chng din)二、電容器的放電三、電容器充、放電電流四、電容器質(zhì)量

13、的判別共四十二頁動(dòng)畫M4-1電容器的充放電 充電過程中，隨著電容器兩極板上所帶的電荷量的增加，電容器兩端電壓逐漸增大，充電電流逐漸減小，當(dāng)充電結(jié)束(jish)時(shí)，電流為零，電容器兩端電壓 一、電容器的充電(chng din)UC = E共四十二頁 放電過程中，隨著電容器極板上電量的減少，電容器兩端電壓逐漸減小，放電電流(dinli)也逐漸減小直至為零，此時(shí)放電過程結(jié)束。由 ，可得 。所以 需要說明的是，電路中的電流是由于電容器充、放電形成的，并非電荷(dinh)直接通過了介質(zhì)。 二、電容器的放電三、電容器充、放電電流充放電過程中，電容器極板上儲存的電荷發(fā)生了變化，電路中有電流產(chǎn)生。其電流大小為

14、共四十二頁 利用(lyng)電容器的充、放電作用，可用萬用表的電阻擋來判別較大容量電容器的質(zhì)量。將萬用表的表棒分別與電容器的兩端接觸，若指針偏轉(zhuǎn)后又很快回到接近于起始位置的地方，則說明電容器的質(zhì)量很好，漏電很?。蝗糁羔樆夭坏狡鹗嘉恢?，停在標(biāo)度盤某處，說明電容器漏電嚴(yán)重，這時(shí)指針?biāo)柑幍碾娮钄?shù)值即表示該電容的漏電阻值；若指針偏轉(zhuǎn)到零歐位置后不再回去，說明電容器內(nèi)部短路；若指針根本不偏轉(zhuǎn)，則說明電容器內(nèi)部可能斷路。四、電容器質(zhì)量(zhling)的判別共四十二頁第四節(jié)電容器中的電場(din chng)能量一、電容器中的電場(din chng)能量 二、電容器在電路中的作用共四十二頁1能量來源 電容器

15、在充電過程中，兩極板上有電荷積累，極板間形成電場。電場具有(jyu)能量，此能量是從電源吸取過來儲存在電容器中的。2儲能(ch nn)大小的計(jì)算 電容器充電時(shí)，極板上的電荷量 q 逐漸增加，兩板間電壓 UC 也在逐漸增加，電壓與電荷量成正比，即 q = CuC， 如圖 4-6 所示。 一、電容器中的電場能量圖 4-6uCq 關(guān)系共四十二頁把充入電容器的總電量 q 分成許多小等份，每一等份的電荷量為 q 表示在某個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)電容器極板上增加的電量，在這段時(shí)間內(nèi)，可認(rèn)為(rnwi)電容器兩端的電壓為 UC ，此時(shí)電源運(yùn)送電荷做功為即為這段時(shí)間內(nèi)電容器所儲存的能量(nngling)增加的數(shù)值。共四

16、十二頁式中，電容 C 的單位(dnwi)為 F，電壓 UC 的單位為 V ，電荷量 q 的單位為 C ，能量的單位為 J 。電容器中儲存的能量與電容器的電容成正比，與電容器兩極板間電壓(diny)的平方成正比。 當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，電容器兩極板間的電壓達(dá)到穩(wěn)定值 UC，此時(shí)，電容器所儲存的電場能量應(yīng)為整個(gè)充電過程中電源運(yùn)送電荷所做的功之和，即把圖中每一小段所做的功都加起來。利用積分的方法可得 共四十二頁當(dāng)電容器兩端電壓增加時(shí)，電容器從電源吸收能量并儲存起來；當(dāng)電容器兩端電壓降低時(shí)，電容器便把它原來所儲存的能量釋放出來。即電容器本身只與電源進(jìn)行能量交換，而并不損耗能量，因此電容器是一種儲能(ch nn

17、)元件。實(shí)際的電容器由于介質(zhì)漏電及其他原因，也要消耗一些能量，使電容器發(fā)熱(f r)，這種能量消耗稱為電容器的損耗。二、電容器在電路中的作用共四十二頁本章(bn zhn)小結(jié)一、電容器二、電容(dinrng)三、電容器的連接共四十二頁2平行板電容器是最簡單的電容器，是由兩塊相互絕緣，彼此(bc)靠得很近的平行金屬板組成。1任何兩個(gè)相互(xingh)靠近又彼此絕緣的導(dǎo)體，都可看成是一個(gè)電容器。3電容器是儲能元件。充電時(shí)把能量儲存起來，放電時(shí)把儲存的能量釋放出去。儲存在電容器中的電場能量為一、電容器共四十二頁若電容器極板上所儲存(chcn)的電荷量不變，則電路中沒有電流流過；當(dāng)電容器極板上的所帶的

18、電量發(fā)生變化時(shí)，電路中就有電流流過，其電流大小為4加在電容器兩端的電壓不能超過(chogu)它的額定電壓，否則電容器將有可能被擊穿。 共四十二頁1電容器所帶的電量與它的兩極(lingj)板間的電壓的比值，稱為電容器的電容。2電容是電容器的固有特性，外界條件變化(binhu)、電容器是否帶電或帶電多少都不會使電容改變。平行板電容器的電容是由兩極板的正對面積、極板間距離以及兩板間的介質(zhì)所決定的。即3電容反映了電容器儲存電荷的能力。二、電容共四十二頁1電容器的連接方法(fngf)有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種。2串聯(lián)電容(dinrng)器的總電容(dinrng)的倒數(shù)等于各電容(dinrng)器電容(dinrng)的倒數(shù)之和，各電容(dinrng)器上的電壓與它的電容(dinrng)成反比；并聯(lián)電容(dinrng)器的總電容(dinrng)等于各電容(dinrng)器電容(dinrng)之和。三、電容器的連接共四十二頁內(nèi)容摘要第四章。第四章電容。第四章電容。2. 掌握電容器串、并聯(lián)的性質(zhì)