第三章電容器1、知道電容器的概念，認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的電容器，理解電容器的概念及定義方法，掌握電容的定義公式、單位，并會(huì)應(yīng)用定義式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn):電容器的基本概念；電容的物理意義；影響平板電容器電容大小的因素。教學(xué)難點(diǎn)：掌握電容器的基本概念及其組成；理解電容的物理意義；記住平板電容器電容值2、導(dǎo)入新課：電容器是電路的基本元件之一，在電工和電子技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛。例如在電力系統(tǒng)中利用它可改善系統(tǒng)的功率因數(shù)；在電子技術(shù)中，利用它可起到濾波、耦合、隔直、調(diào)諧、旁路和選頻一、電容器和電容(1)、電容器:指在電路中儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件．是由兩個(gè)彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體電極中間夾一層絕緣體(又稱電介質(zhì))所構(gòu)成。(2)、電容器最基本的特性：能夠存儲(chǔ)電荷。(3)、用途：具有“隔直通交”的特點(diǎn)，在電子技術(shù)中，常用于濾波、移相、旁路、信號(hào)調(diào)諧等；在電力系統(tǒng)中，電容器可用來(lái)提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。(4)、主要技術(shù)參數(shù)：電容量、允許誤差、額定電壓。(5)、工作原理：把電容器的兩個(gè)極板分別接到電源的正負(fù)極上，電容器的兩極板間便有電壓U，在電場(chǎng)力的作用下，自由電子定向運(yùn)動(dòng)，使得A板帶有正電荷，B板帶有等量的負(fù)電荷．電荷的移動(dòng)直到兩極板間的電壓與電源電動(dòng)勢(shì)成騎虎相等時(shí)為止．這樣在兩個(gè)極板間的介質(zhì)中建立了電場(chǎng)，電容器儲(chǔ)存荷和電場(chǎng)能量．(2)、含義：電容器任一極板所儲(chǔ)存的電荷量，與兩極板間電壓的比值叫電容量，簡(jiǎn)稱電容。用字母(3)、電容定義式為：C=Q式中Q——一個(gè)極板上的電荷量，單位是庫(kù)[侖]，符號(hào)為C；U——兩極板間的電壓，單位是伏[特]，符號(hào)為V；實(shí)際應(yīng)用常用的是較小的單位有微法(μF)和皮法(pF):1μF＝10－6F1pF=10-12F二、平行板電容器1、影響平行板電容器電容的因素：理論與實(shí)驗(yàn)證明，平行板電容器的電容與兩極板的正對(duì)面積成正比，與兩極板的距離與反比，并跟板間插入的電介質(zhì)有關(guān)。2、平行板電容器電容計(jì)算的數(shù)學(xué)表達(dá)式為SC=d式中ε——某種電介質(zhì)的介電常數(shù)，單位是法[拉]每米，符號(hào)為F/m；S，符號(hào)為㎡；3、注意：(1)、對(duì)某一個(gè)平行板電容器而言，它的電容是一個(gè)確定值，其大小僅與電容器的極板面積大小、相對(duì)位置以及極板間的電介質(zhì)有關(guān)；與兩極板間電壓的大小、極板所帶電荷量多少無(wú)關(guān)。 (2)、不同電介質(zhì)的介電常數(shù)不同，真空中的介電常數(shù)用ε表示，實(shí)驗(yàn)證明：0＝8.85×10－12F/m其它電介質(zhì)的介電常數(shù)與真空中的介電常數(shù)的比值，叫做某種物質(zhì)的相對(duì)介電常TT (3)、并不是只有電容器才有電容，實(shí)際上任何兩個(gè)導(dǎo)體之間都存在著電容。FV極板上所帶的電荷量.課堂練習(xí)：有一真空電容器其電容是8.2μF,將兩極板間的距離增大一倍后,其間充滿云母介質(zhì),求云母電容器的電容.解:真空電容器的電容C=0S(1)云母電容器的電容C=0S(2)0d2d00Ⅲ、本課小結(jié)1、電容器的定義與基本特性2、電容的概念與定義公式3、平行板電容器公式與應(yīng)用.教學(xué)后記：教學(xué)難點(diǎn)：電容器的種類及特點(diǎn)。等。1、復(fù)習(xí)提問(wèn)：電容器、電容的定義公式、平行板電容器電容公式2、導(dǎo)入新課：電容器的各類繁多，不同種類電容器的性能、用途不同，同一類的電容器也有許多不同的規(guī)格，要合理選擇和使用電容器，就必須對(duì)電容器的參數(shù)有種類有充分的認(rèn)識(shí)。這節(jié)課我們就來(lái)了解電容器的參數(shù)和種類方面的問(wèn)題。一、電容器的參數(shù)(1)、電容器的額定工作電壓是指使電容器能長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定工作，并且保證電介質(zhì)性能良好的直流(2)、額定工作電壓一般叫耐壓。(3)、電容器上所標(biāo)的電壓就是工作工作電壓，一般直接標(biāo)注在電容器外殼上。(4)、如果把電容器連接到交流電路中，必須保證電容器的工作工作電壓不低于交流電壓的最大值，否則電容器會(huì)被擊，造成不可修復(fù)的永久損壞。(1)、標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。(2)、電容器實(shí)際電容量與標(biāo)稱電容量的偏差稱誤差，在允許的偏差范圍稱精度。Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)(3)、一般電容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)，根據(jù)用途選取。3、絕緣電阻(1)、直流電壓加在電容上，并產(chǎn)生漏電電流，兩者之比稱為絕緣電阻。(2)、當(dāng)電容較小時(shí)，主要取決于電容的表面狀態(tài)，容量〉0.1F時(shí)，主要取決于介質(zhì)的性能，絕緣電阻越小越好。4、損耗(1)、電容在電場(chǎng)作用下，在單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。(2)、各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值，電容的損耗主要由介質(zhì)損耗，電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的。5、頻率特性隨著頻率的上升，一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。電容器種類和選用2、電容器的種類(1)、按照結(jié)構(gòu)分三大類：固定電容器、可變電容器和微調(diào)電容器。(2)、按電解質(zhì)分類：有機(jī)介質(zhì)電容器、無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。(3)、按用途分有：高頻旁路、低頻旁路、(4)、按制造材料的不同可以分為：瓷介電容、滌綸電容、電解電容、鉭電容，還有先進(jìn)的聚丙烯電容等。(5)、高頻旁路：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器。(6)、低頻旁路：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器。(7)、濾波：鋁電解電容器、紙介電容器、復(fù)合紙介電容器、液體鉭電容器。(8)、調(diào)諧：陶瓷電容器、云母電容器、玻璃膜電容器、聚苯乙烯電容器。(9)、低耦合：紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、滌綸電容器、固體鉭電容器。(10)、小型電容：金屬化紙介電容器、陶瓷電容器、鋁電解電容器、聚苯乙烯電容器、固體鉭電容器、玻璃釉電容器、金屬化滌綸電容器、聚丙烯電容器、云母電容器。在實(shí)際選用電容器時(shí)，不僅要考慮電性能要求，還應(yīng)考慮它的體積、種類、重量及價(jià)格等因素；不僅要考慮電路要求，還應(yīng)考慮電容器的使用環(huán)境?？傊?，在選用電容器時(shí)應(yīng)視具體情況而定。(1)、首先應(yīng)滿足電性能要求，主要考慮電容量，允許誤差和額定工作電壓等指標(biāo)是否達(dá)到電路要高，用于電源濾波時(shí)，應(yīng)選用大容量的電解電容器。(3)、考慮裝配形式，體積及成本等。(4)、對(duì)電容器的型號(hào)及意義熟悉，這也是選用電容器的依據(jù)之一。如下：Z為介質(zhì)材料(Z代表紙介質(zhì))；G為分類及特征代號(hào)(G表示管狀)。Ⅲ、本課小結(jié)2、電容的種類及特點(diǎn)。教學(xué)后記：教學(xué)重點(diǎn):電容器串、并聯(lián)規(guī)律與應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：電容器串、并聯(lián)規(guī)律的推導(dǎo)過(guò)程與應(yīng)用。教學(xué)方法：講授法教學(xué)時(shí)數(shù)：一課時(shí)授完。電容器的工作電壓、標(biāo)稱容量和允許誤差、電容器的選用原則。2、導(dǎo)入新課：在上節(jié)內(nèi)容中，我們學(xué)習(xí)了電容器的兩個(gè)重要參數(shù)：電容量和耐壓。在實(shí)際工作中，選用電容器必須考慮它的電容量和耐壓能力。而電容器的容量和耐壓都不是連續(xù)的(顯示電容量和耐壓適當(dāng)連接，以滿足實(shí)際電路的需要。一、電容元件的串聯(lián)2、適用范圍：當(dāng)單獨(dú)一個(gè)電容器的耐壓不能滿足電路要求，而它的容量又足夠大時(shí)，可將幾個(gè)電容器串聯(lián)起來(lái)，再接到電路中使用。(2)、電容器串聯(lián)總電壓等于各電容器兩端電壓之和。推導(dǎo):利用基爾霍夫第二定律，列出回路電壓方程就可以得到U=U+U+U。123(3)、電容器串聯(lián)時(shí)其等效電容的倒數(shù)等于各電容器電容的倒數(shù)之和。推導(dǎo):電路的總電容量C推導(dǎo):電路的總電容量C=,再根據(jù)U=U+U+U，就可以推出公式U1231111=++CCCC1231=1+1+1+……+1CCCCC123n0n電容器串聯(lián)時(shí)總電容量減小了，這種情況相當(dāng)于增大了電容器兩極板間的距離，使電容量減小了，它與電阻并聯(lián)情況相似。12解：等效電路如右圖所示(1)、串聯(lián)等效電容為：CCC=12C+C===1.67F2(2)、C上分配的電壓為：1C10U=2U=300=250VCC10+22C上的電壓為：221111C承受著全部電源電壓300V，而300V遠(yuǎn)大于C的耐壓值250V，因而C也很快被擊穿。所以不能這樣使222量則越小.電容器串聯(lián)使用時(shí),不但要滿足容量要求,還應(yīng)考慮每個(gè)電容器實(shí)際承受的電壓是否超過(guò)其本身的耐壓值,以防擊穿而損壞電容器。電源電壓U=120V，求這組串聯(lián)電容器的等效電容是多大？每只電容器兩端的C200解：三只電容串聯(lián)后的等效電容為C=0=必66.67F33每只電容器上所帶的電荷量為q=q=q=q=CU=66.67×10-6×120≈8×10-3(C)123每只電容上的電壓為q810一3U=U=U===40V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。二、電容器的并聯(lián)1、將幾只電容器的首與首，尾與尾相連的連接方式稱為電容器的并聯(lián)。如下圖所示2、適用范圍：當(dāng)單獨(dú)一個(gè)電容器的電容量不能滿足電路的要求，而其耐壓均滿足電路要求時(shí)，可將幾個(gè)電容器并聯(lián)起來(lái)，再接到電路中使用。3、電容并聯(lián)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：U=U+U+U123 (2)、電容器串聯(lián)總電荷量等于各電容器電荷量之和。即Q＝Q+Q+Q+……+Q123n(3)、電容器串聯(lián)的總電容(等效電容)等于各電容器電容量之和。即：C=C+C+C123當(dāng)n個(gè)電容器的電容量相等，均為C時(shí)，總電容C=nC00電容器并聯(lián)時(shí)總電容量增大了，這種情況相當(dāng)于增大了電容器極板的有效面積，使電容量增大，它與電阻串聯(lián)情況相似。應(yīng)當(dāng)注意，并聯(lián)時(shí)每個(gè)電容器直接承受外加電壓，因此，工程上每只電容器的耐壓都必須大于外加三、電容器的混聯(lián)既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電容器組合電路，叫做電容器的混聯(lián)如下圖所示。在使用和計(jì)算混聯(lián)電路時(shí)，要根據(jù)實(shí)際電路分別應(yīng)用串聯(lián)和并聯(lián)知識(shí)分析。V12323232323(1)總?cè)萘繛椋篊===50F (2)最大安全工作電壓因?yàn)镃和C并聯(lián)后可看做一個(gè)電容器，其等效電容量為100μF，耐壓50V23 (取并聯(lián)帶內(nèi)容最小耐壓值)。C1是100μF，耐壓100V。C與C串聯(lián)，電容量相等，耐壓也相等，當(dāng)123C分配電壓為50V時(shí)，C上分配電壓也是50V，所以說(shuō)，該混聯(lián)電路承受的最大安全工作電壓為100V。231解：電容器A、B連接前的帶電量分別q=CU=1010一630=310一4C111q=CU=2010一615=310一4C222連接后的共同電壓Ⅲ、本課小結(jié)U===20V電容器串、并聯(lián)特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):電容器中的電場(chǎng)能。教學(xué)難點(diǎn)：電容器的充電和放電過(guò)程與電容器中的電場(chǎng)能。教學(xué)方法：講授法教學(xué)時(shí)數(shù)：一課時(shí)授完。教具：多媒體課件能連續(xù)使用呢？這是因?yàn)殚W光燈短時(shí)間放電是用的電容器的放電，電容器放電后，需要再次充電后才能使用。這節(jié)課我們就來(lái)了解這方面的知識(shí)。一、電容器的充電和放電電容器之所以在電工和電子技術(shù)中得到廣泛使用，是由于電容器具有存儲(chǔ)電場(chǎng)能量的性質(zhì)，而這一性質(zhì)又體現(xiàn)為電容器具有充電和放電的功能。因此，了解電容器充放電的過(guò)程及其規(guī)律，對(duì)于認(rèn)識(shí)和掌握含電容器電路的原理具有重要意義。1、電容器的充電過(guò)程如圖所示為電容器充放電的實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)驗(yàn)前電容器上沒(méi)有充電，從電流表可以觀察到充電電流從大到小的變化，從電壓表觀察到電容上的電壓由小到大的變化，經(jīng)過(guò)短短的時(shí)間，電流表回到零位，電壓表的指示值上升到電源電壓U=6V。C2、電容器的放電過(guò)程當(dāng)電容器充電結(jié)束后，電容器上建立了電壓U=6V,此時(shí)，將開(kāi)關(guān)K打到“2”，就構(gòu)成了電容器放電C從電流表觀察到，電路中有電流流過(guò)，而且由大變小，由電壓表觀察到，電容器上電壓也逐漸下降，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后下降為零，表示放電結(jié)束。3、電容器的特點(diǎn)(1)、電容器是一種儲(chǔ)能元件。充電的過(guò)程就是極板電荷不斷積累的過(guò)程，電容器充滿電荷時(shí)，相過(guò)程，即只有短暫的電流。充電結(jié)束后，電路電流為零，電路處于開(kāi)路狀態(tài)，這就是電容器具有的隔直放電，其結(jié)果在電路中出現(xiàn)