哪个板电势高,自然科学也可以让人感动到泪流满面,从定律开始认识电容

我们每个人的高中物理课本中都有这句话,如果你认真看书,你会发现它有多么美妙:即使是某一刻电流为零了,但电容两端电压依然存在,因为过去曾有电流作用过。电容能将以往每时每刻电流的作用点点滴滴地记忆下来。

细细品读,竟感动不已。但作为当年还是理科生的我们,不得不生硬的将它撕开,解读其中的科学道理。

什么是电容

自然科学也可以让人感动到泪流满面,从定律开始认识电容

在我们感动过后,可以冷静的将上述那句话再精炼一下——只要有过电流经过,当电流消失后,电容两端依然会有电压。这就是电容的最大特性,为什么电容会有这种特性呢?我们慢慢来分析——

电容的全称叫做“电容器”,这个名字起的好,起码很直观,我们一看就知道它的作用。“电容器”,就是电的容器嘛。

电容的结构

水的容器、土的容器我们都见过,那么我们平时看不见摸不着的电,它的容器长什么样呢?

电容真正有效的存储空间,是两块金属板。这两块金属板的摆放有要求——必须是平行的,且中间有一定距离。这样一来,在两块金属板上通电,金属板中间那一部分空间就会产生电磁场,这个电磁场,就是电的所在位置。
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电容器的存电量,就是由两个金属板中间那部分空间的大小来决定的,空间越大,能够储存的电量就越多。那两个金属板中间那部分空间的大小是由什么决定的呢?这很好理解——是由两个板的正对面积(如果有一个板长出来一块,那一块部分就不能算作正对面积)和两个板之间的距离决定的。

但是在实际应用中,总不能把这两块平行的板拿着到处跑。因此人们在两个板中间填充了绝缘物质,这样一来,两个板就可以固定住了。

电容的充电和放电

把水放到容器里,是倒进去的;把土放进容器里,是用铁锹铲进去的。那怎么把电放进容器里呢?

我们上文讲到,电容器是通过电磁场储存的。正是因为有磁场的存在,得以将电荷分离,分为正电荷和负电荷,两种电荷就会贴在两个金属板上。而且通电时间越长,两个金属板上的电荷就越多。这就是电容的充电。
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把水倒进杯子里,杯子的水满了,就会溢出来。此时继续向杯子里倒水,溢出来的水量和直接向地上倒水的水量是相同的。电容器也是一样,当电容的容量满了,继续向电容两端通电,此时的电容可以看作一个普通的导体,输入的电量和输出的电量是相同的。

上文一直在类比电容器与水容器,它们的填充模式都是相同的, 此时要说一个它们之间的不同点了。当停止向水杯中倒水时,水杯中已有的水量不会变化。但是电容就不同了,当停止充电后,即电容两端的电源消失。电容不会长期的储存体内的电,而是会自动进行放电。

由于充电时,电容两个金属板上分别固定了异种电荷,因此当关闭电源后, 这些异种电荷就会在金属板两侧产生电势差,从而产生电压。因此在电流消失后,电容会自动放电,继续产生电压,直到电容内部储存的电荷全部消失。这就是文章开头的那句话——“当电流消失后,电容两端依然会有电压”。
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电容的实际应用

上文说了那么多,恐怕大多数普通用户会认为它是一个很厉害的东西。其实不然,这东西很常见,而且没有你想想的那么强大,虽然我们说了那么多,但实际上它充电和放电所用的时间, 是毫秒级的。

电容被广泛应用于我们的生活中,你能看到的几乎所有电器,冰箱、电视、空调乃至电灯,里面都有电容。

通常起到滤波、去耦等作用。说白了,就是为了让电路中的电流更加稳定,排除不必要的信号干扰。

另外,利用电容充电、放电的时间,还会用于UPS等设备,以实现不间断供电。

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