題:
為什麼電容不取決於板的材料?
animul
2019-08-05 16:10:43 UTC
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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,只要印版能夠存儲電荷,它就沒有區別。 差異因素是極板的面積(更多電荷)以增加電容,而兩塊極板之間的間隔是一個限制因素。 如果您是新手,我強烈建議您閱讀有關電容器的整個Wikipedia頁面,並嘗試真正考慮一下為什麼按原樣公式化公式。查看每個參數,並嘗試將它們相互關聯。
您正在學習的是一個*理想*電容器,該電容器由電阻為零的材料製成。當然不存在這樣的事情,但是如果電阻很小,則是一個很好的近似值。在實際應用中,電容器*會受到其電阻的影響*(即使它們是由諸如金屬薄板的良好導體製成的,該薄板也很薄),並且可以被認為是帶有電阻器的理想系列電容器。電阻器的有效值在電容器的數據手冊中指定,對於電容器的某些用途,其值非常重要。
將電容視為相鄰(導電)表面的表面效應;並且這取決於這些表面電荷層之間的(介電)材料(因為這會影響一層看到另一層的強度)-則導體的其他內容無關緊要。
隨著經驗的積累,您將對電路元件的理想化模型的局限性有更好的了解。例如,雖然RC電路在理論上可以與1ohm R和1-mF C一起工作,但是您會直覺,最好使用1-kohm R和1-uFC。
在矽上電容器的設計中,極板的歐姆/平方對於瞬態行為變得很重要,而金屬-多晶矽接觸圖案的設計對於工程師來說是一種自由度。我將觸點用作衰減LC電源/ VDD清潔度的一部分。
七 答案:
Bimpelrekkie
2019-08-05 16:25:12 UTC
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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

請清楚說明您所談論的是一個理論模型,該模型具有“接受範圍”,但也有其局限性。
@ChristianB。如果您將“一切”考慮在內,那麼可以肯定的是我的意思(以及您的回答)。但是,在我看來,當學習新事物時,僅簡化事物並僅關注“一階”現象就容易得多。這樣,您就不會混淆那些剛接觸該主題的人,例如只想了解基本概念的OP。當我的“有限和簡化的世界”的答案被理解後,深入了解您的答案就變得更加容易。
畢竟只要能弄清楚它是一個模型,我就可以簡化和建模。我們已經有很多人“相信”模型是現實的。一方面,這可能很容易導致類似宗教的行為,並阻礙進步(請參閱相對論和量子物理學的歷史),如果人們意識到他們在其中一種理論中發現了“邏輯漏洞”,那麼即使失去對科學知識的信任,儘管他們可能只是“達到”模型的局限性(比較不斷增加的扁平接地器)。
請不要誤會我的意思。我對簡單模型完全滿意,但必須確保將它們視為那樣。特別是如果有人問模型是否像OP一樣是整個故事。
Neil_UK
2019-08-05 16:36:59 UTC
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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。

這應該是公認的答案!
是的,毫無疑問,這是目前最好的答案。
Dmitry Grigoryev
2019-08-06 12:30:28 UTC
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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。

Christian B.
2019-08-05 17:19:32 UTC
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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。

不是為了靜電電容,不是。
大。讓我們開始一個典型的平接地討論:重要,不重要,是,等等。您有科學的聲音證明或來源嗎?如果您實際上進行了一些研究,您會發現很多暗示,即模型是模型,並且“良好的導體意味著到處都是等勢的”是好的,但不是完美的假設:https://en.wikipedia.org/wiki/Electric-field_screening https://physics.stackexchange.com/questions/14927/what-is-the-penetration-length-of-static-electric-field-into-conducting-metals https://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_zh/kap_2/backbone/r2_4_2.html
但是讓我們做一些思考性的實驗:讓我們假設材料根本不重要。這意味著非理想的隔離器也將充當電極材料,因為距離d很小(甚至不存在?),因此電容也接近無窮大。所以你是對的。這很可能是一個愚蠢的假設。因此,可以說只有“好的”導體表現得像完美的電極一樣。但是臨界值是多少?10 ^ 6 S / m?如果修改材料怎麼辦?我們會看到“開-關”行為嗎?如果有這樣的證據,我將很高興看到它。
好的物理,不好的工程。請記住,即使是不良導體,甚至是良導體,板材也都具有一定的介電常數。因此,電場進入板材的任何滲透都會導致電容取決於該介電常數。但不是很多。
Andy aka
2019-08-05 16:27:53 UTC
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對於電感器來說是相同的-電感值保持恆定,與導線的導電性無關。發揮到極致,考慮無線電波的速度以及它們如何在太空中傳播。

自由空間的阻抗由自由空間的磁導率介電常數確定,它們分別以亨/米和法拉/米來度量。但是在自由空間中沒有導體。

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supercat
2019-08-06 03:15:18 UTC
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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。

MondayTuesdayWednesday
2019-08-06 06:34:01 UTC
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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。



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