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穿心電容的機理與電氣功能

來源：m.hanmanlou.com 發布時間：2022-03-16 返回

顧名思意，可以作這樣的形象理解：所謂穿心電容（capacitor）就是能夠儲存電荷的“容器”。只不過這種“容器”是一種特殊的物質——電荷（charge），而且其所存儲的正負電荷等量地分布于兩塊不直接導通的導體板上。至此，我們就可以描述穿心電容的基本結構：兩塊導體板（通常為金屬板）中間隔以電介質（dielectric）。即構成穿心電容的基本模型。

了解了穿心電容的基本構造后，可能會產生這樣的問題：電容從何而來？電容的物理意義為何？穿心電容的主要參數有哪些？穿心電容在電子線路中起哪些作用？下面我們將對上述問題一一作出解答。

眾所周知，空間中的一個帶電體具有兩個電參數：電荷電量Q和電位勢U。而這兩者的比值（Q/U）表現出一種有趣的規律：這個比值僅與帶電體本身的尺寸、形狀及其所處的空間環境有關，而與帶電體所帶電荷的多少無關。也就是說，帶電體所帶電荷與其電位勢的比值表征了帶電體及其周圍環境所構成的系統的一種固有屬性，我們把此比值稱為電容量，以C(=Q/U)來表示。電容量也可以理解為帶電體（電位勢一定的情況下）容納電荷的能力。

我們通過兩個例子來了解電容量C的計算方法：

（1）真空中孤立帶電球（R=r0）的電容量如何計算？設孤立電荷的電量Q=q，其相對于無窮遠處的電位勢U=q/(4πε0r0)，則其電容量C=Q/U=4πε0r0。從計算結果可以看出，電容量只與帶電體的本體尺寸，形狀和所處的空間環境有關，而與所帶電量無關。

（2）穿心電容的電容量計算方法。所謂平行板穿心電容是指兩塊相對平行的金屬板中間隔以相對介電常數為εr、厚度為d的電介質所構成的電子元件。設平行板穿心電容儲存的電荷Q=q，則正負極板的電荷分別為＋q、－q，兩極板間的電位差為u。平行板穿心電容可以看作是兩個孤立帶電體穿心電容串聯構成。設正極板相對于無窮遠處的電位U＋=u＋，則負極板的電位U－=u＋－u。正負極板具有的電容量分別為＋q/u＋，－q/(u＋－u)。

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