作為一名學生,在了解了什麼是電阻之後了解了電容器,令人驚訝地註意到,電容並不取決於所用極板的性質,至少在我所知道的任何類型的電容器中。
我被引導,“只要板導電,就沒有什麼區別。”是真的嗎?
作為一名學生,在了解了什麼是電阻之後了解了電容器,令人驚訝地註意到,電容並不取決於所用極板的性質,至少在我所知道的任何類型的電容器中。
我被引導,“只要板導電,就沒有什麼區別。”是真的嗎?
是的,電容是:
\ $ C = \ frac q V \ $ span>
其中q是電荷,V是極板之間的電壓。
只要費用 \ $ q \ $ span>可以“保持原位”,則適用此關係。我的意思是,因為電荷是static,所以它不需要移動,因此不需要“好”導體。
只要施加了一定的電壓 \ $ V \ $ span>就會產生一定的電荷 \ $ q \ $ span>出現在電容器板上,然後可以確定 \ $ C \ $ span>。
這些極板是否為不良導體(高電阻)都沒有關係,因為所有電荷到達其最終位置都將花費更長的時間。在最終狀態下,與具有良好導電板的電容器相比,不會有任何區別,因為電荷量是相同的。
僅當您查看電容器的dynamic行為(它如何對快速的電壓變化做出響應)時,您會看到極板電導率的影響。一階電容器將表現出額外的系列電阻。
電容器的有源部分是電介質。那就是儲存能量的地方,那就是產生的電壓。極板只是將電流傳送到正確的位置。高電阻可能會使電容器損耗,但不會改變電容。
大致相同,電阻器的電阻取決於電阻部分的材料和幾何形狀,而不取決於引線。
電感器的有源部分是線圈中的鐵,鐵氧體或空氣空間,因為這是存儲能量的地方。高電阻的導線會使電感損耗,但不會改變電感。
典型的電容器極板由具有大量電荷載體的導體(金屬)製成。考慮一下(非常粗略地) \ $ N_A = 6×10 ^ {23} \ $ span>,而 \ $ C = 6×10 ^ {18} e \ $ span>,因此,假設每個原子有一個移動電子,那麼1 mol的金屬具有足以容納100000 C的電荷載流子。在具有100V鋁板的1000μF電容器中,只有27μg鋁原子必須捐贈/接受單個電子來保持電荷,其餘原子保持中性。假設極板的重量為5g,那就是99,9995%的中性原子加上0,0005%的原子缺少一個電子。顯然,很久以前,典型電容器會因擊穿而失效,直到極板上的電荷載流子不足變得明顯。
半導體中的情況發生了變化,其中自由載流子的數量要少得多,並且取決於摻雜。即使這樣,假設極板保持完全導電,並且隨著耗盡區的增加,只有極板之間的距離會發生變化,將電容作為靜態近似值來計算通常會更容易。但是,這並不總是可能的:在快速動態過程中,結電容只能使用電荷流方程(例如 this)來充分描述,而解決方案的確取決於板的材料。
據我所知,對材料的選擇確實很重要-即使對於靜態情況也是如此。如果不是這樣,則意味著由於其中存在電荷載流子的剩餘機會,大多數絕緣體也可以用作電極。為什麼選擇電極材料很重要的一些推理和科學著作:DOI:10.1109 / 16.753713和doi.org/10.1063/1.1713297僅舉幾例。 事實是,您學習的models是一個很好的近似值。不多不少。電極材料很重要的主要原因是即使在靜態情況下,電磁場也能進入導體。
LT; DR知道您模型的局限性:雖然很重要,但通常可以忽略。
在典型的電容器中,電荷將集中在每個電極中最靠近帶相反電荷的電極的部分的薄層中。儘管該層基本上始終具有非零厚度,並且每個帶電粒子與表面之間的距離將影響由該電荷產生的電勢差,但實際上,該影響幾乎總是足夠小,以致於因測量不確定性或其他混雜因素而相形見效果。
許多實用的電容器對導體材料的依賴性很弱。電容器等效串聯電阻(ESR)將受到極板材料和厚度/佈線的影響,並且是電源應用中的重要限制因素。這也會影響脈衝應用的峰值放電電流。
實際上,許多功率膜電容器在金屬化過程中都有易熔的環節,因此電容器的失效部分會從電路中去除(電容下降)。這是與電容器極板相關的主要實踐考慮。