单元3电容和电感

《电工技术基础与技能》单元3电容和电感单元3电容和电感在常用的电路元件中，除了电阻器，还有电容器和电感器。电容器和电感器因其特性，被广泛应用于实用电路及各种电子产品中。传统的日光灯电路，启辉器的电容器用来减轻日光灯对附近无线电设备的干扰；电感器是镇流器的核心部件。我们购物消费使用的银联卡、乘座公交车使用的乘车卡等都是通过电容和电感组成的谐振回路来接受信号的。在上海等地运营的节能环保的超级电容公交电车（单元首页图），它的动力就源于电容器。这一单元，我们来学习电容和电感的基本概念，电容器和电感器的基本特性与作用以及实际应用，对磁场、电磁感应作进一步的理解，了解磁路和互感的一些基本知识。单元3电容和电感学习目标3.1电容单元3电容和电感（1）了解常用电容器的种类、外形和参数，了解电容的概念，了解储能元件的概念。（2）能根据要求，正确选择利用串联、并联方式获得合适的电容。（3）能通过仪器仪表观察电容器充放电规律，理解电容器充、放电电路的工作特点；掌握电容器简易检测方法。单元3电容和电感3.1.1电容器和电容量1．电容器3.1电容单元3电容和电感3.1.1电容器和电容量2．电容器的结构用绝缘物质隔开的两个导体的组合称为电容器。组成电容器的两个导体称为极板，中间的绝缘物质称为电介质。3.1电容单元3电容和电感3.1.1电容器和电容量3．电容器的种类按结构可分为固定电容器，可变电容器，微调电容器；按介质可分为有机介质电容器、无机介质电容器、液体介质电容器、空气介质电容器。还可以按作用分，有耦合电容器、去耦电容器、旁路电容器、滤波电容器、调谐电容器、补偿电容器、稳频电容器、稳幅电容器、移相电容器、启动电容器、运转电容器、降压限流电容器等；按制造材料分，有纸介电容器、云母电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器、玻璃膜电容器、玻璃釉电容器、钽电容器、聚苯乙烯电容器、聚丙烯电容器等；按用途分，有标准电容器、电力电容器、中频电容器、空调电容器等。电容器的电路图形符号3.1电容单元3电容和电感问题与思考（1）电容器是“容纳电荷的容器”。所以，电容器的基本特性是储存电荷。那么，电容器储存电荷的能力（本领）如何表示呢？实验证明，对于某一个电容器，其中任一个极板所带的电量与两极板间的电压的比值是一个常数。但是，对于不同的电容器，这一比值是不同的。所以，这一比值能够表示电容器储存电荷的能力。3.1电容4.电容器的电容量3.1.1电容器和电容量单元3电容和电感电容器所带电量与两极板间电压的比值称为电容器的电容量，简称电容，用C表示UQC式中，Q表示电容器所带电量，单位为库仑（C）；U表示电容器两极板间的电压，单位为伏（V）；C表示电容器的电容量，单位为法拉（F），简称法。常用的电容单位是微法（µF）和皮法（pF）F10μF16F10pF1123.1电容4.电容器的电容量3.1.1电容器和电容量单元3电容和电感【例3.1】将一个电容量为1000µF的电容器接到6V的直流电源上，求带电后所储存的电量。根据电容定义式得出)C(106610100036CUQUQC3.1电容4.电容器的电容量3.1.1电容器和电容量解：单元3电容和电感问题与思考（2）让平行板电容器带电后，分别改变两极板间的距离和两极板的正对面积，这时用静电计测量两极板间的电压会怎样？两极板间的距离越大，静电计的示数越大。表示平行板电容器的电容随两极板距离的增大而减小。两极板的正对面积越小，静电计的示数越大。表示平行板电容器的电容随两极板正对面积的减小而减小。在极板间插入绝缘介质，静电计的示数比未插入时要小。表示平行板电容器的电容由于插入绝缘介质而增大。3.1电容4.电容器的电容量3.1.1电容器和电容量单元3电容和电感实验和理论推导可得，平行板电容器的电容，跟绝缘介质的介电常数成正比，跟极板的正对面积成正比，跟极板间的距离成反比，即SCd式中S表示两极板的正对面积（相对有效面积），单位为平方米（m2）；d表示两极板间的距离（内表面的距离），单位为米（m）；ε表示绝缘介质（电介质）的介电常数，单位为法/米（F/m）；C表示电容器的电容量，单位为法拉（F）。3.1电容4.电容器的电容量3.1.1电容器和电容量单元3电容和电感几种介质的相对介电常数介质的介电常数是由介电物质的性质决定的。真空的介电常数F/m1084.8120某种介质的介电常数与真空介电常数的比值称为该介质的相对介电常数，用εr表示，即或0r/0r介质相对介电常数介质相对介电常数蜡纸4.3石英4.2空气1.00059聚苯乙烯2.2云母4～7.5超高频瓷7.0～8.5玻璃6～6.5五氧化二钽11.63.1电容4.电容器的电容量3.1.1电容器和电容量单元3电容和电感3.1.1电容器和电容量5.电容器的参数耐压（1）标称容量和误差标称容量就是电容器的电容量。标称容量与其实际容量之差，除以标称容量所得的百分数，就是电容器的容量误差。（2）额定工作电压电容器能够在不高于这一直流电压的情况下长期稳定工作并保持良好性能，通常称为耐压值。电解电容器的电极有正、负之分.（3）绝缘电阻电容器两极之间的电阻称为绝缘电阻。绝缘电阻较大的电容器，电介质的性能好。3.1电容单元3电容和电感读一读贴片电容超级电容器3.1电容3.1.1电容器和电容量单元3电容和电感问题与探究选用电容器的主要指标是标称容量和耐压值。有时会遇到单只电容器的容量或耐压不能满足要求的情形。能否象电阻器通过适当连接得到需要的阻值那样，将几只电容器作适当的连接来满足要求呢？3.1电容3.1.2电容器的连接3.1电容单元3电容和电感将几只电容器接到两个节点之间的连接方式称为电容器的并联。n只电容量均为C0的电容器并联0nCC电容器并联组合能够提高电容量。但要注意的是，并联电容器中的每一只电容器的耐压都要大于外加电压。否则，只要一只电容器被击穿短路，就会造成整个并联电路被短路，会对电路中的电器造成危害。321UUUU321QQQQ321CCCC32322121,CCQQCCQQ1．电容器的并联3.1.2电容器的连接3.1电容单元3电容和电感【例3.2】两个电容器并联，接在电压为U的电路上，已知C1=20µF，耐压12V，C2=30µF，耐压50V。求:（1）等效电容;（2）电路最大安全电压;（3）Q1与Q2的比。1．电容器的并联3.1.2电容器的连接（1）等效电容)μF(50302021CCC)V(121m耐UU（3）Q1与Q2的比3:2::2121CCQQ（2）电路最大安全电压∵并联电容器组中各电容器上的电压相同，∴电容器组的最大安全电压等于并联组中最小的耐压值解:3.1电容单元3电容和电感将几只电容器连接成一个无分支电路的连接方式称为电容器的串联。23321221,CCUUCCUU321QQQQ321UUUU3211111CCCC两只电容器串联当某电容器的耐压值不能满足要求时，可以用几只电容器串联的等效电容器代替以提高耐压值，但要计算一下每只电容器在电路中承受的电压，看其是否超过各自的耐压值以确保电路安全。UCCCUUCCCU21122121,2．电容器的串联3.1.2电容器的连接3.1电容单元3电容和电感【例3.3】两个耐压值均为25V的电容器容量分别是20µF和50µF，串联后接到40V的直流电源上。试求等效电容和各电容器上的电压，并判断此电路能否正常工作。2．电容器的串联3.1.2电容器的连接解:等效电容)μF(3.14502050202121CCCCC)V(6.28405020502121UCCCU)V(4.11405020202112UCCCU因为C1上承受的电压已超过它的耐压值，所以C1将被击穿。继而电压全部加在C2上，C2也会被击穿。所以，电路不能正常工作。两电容器上承受的电压3.1电容单元3电容和电感既有串联又有并联的电容器组合称为电容器的混联。如图所示的是三只电容器混联的两种方式。（a）电路，可以先求出并联的两只电容器的等效电容C12，然后再求出C12与C3串联的等效电容C；（b）电路，可以先求出串联的两只电容器的等效电容C12，然后再求出C12与C3并联的等效电容C。3．电容器的混联3.1.2电容器的连接3.1电容单元3电容和电感3.1.3实验：电容器的充电和放电电容器的检测1．观察电容器充、放电现象（1）实验目的通过仪器仪表观察电容器充、放电规律，理解电容器充、放电电路的工作特点。（2）实验器材①检流计、伏特表各一块，6V直流稳压电源（或电池组）一组。②100µF电容器一只，100Ω电阻两只，单刀双掷开关一只，导线若干。（3）实验原理电容器的充、放电电流tUCiC3.1电容单元3电容和电感3.1.3实验：电容器的充电和放电电容器的检测1．观察电容器充、放电现象①电容器能够隔直流通交流当直流电源对电容器充电完毕后，电容器上电压的数值不再改变，电流为零，所以，电容器有隔断直流电的作用；若把电容器接到交流电源上，由于交流电源电压的大小和方向在不断变化，使电容器不断地进行充、放电，电路中不断有电荷的移动而形成了电流。这种电容器反复充、放电的电流也就是“通过”电容器的电流。由于这种电流是大小和方向不断变化的交流电，所以，电容器能够“通过”交流电。俗称“隔直流，通交流”.通过观察电容器充、放电过程，可以分析得到这样的结论：3.1电容单元3电容和电感1．观察电容器充、放电现象②电容器是一种储能元件充电的过程就是极板上电荷不断积累的过程，当电容器充满电时，电容器储存了电荷，也储存了能量（称为电场能），相当于一个电源。但这一电源随着放电的进行，原来积累的电荷不断向外释放，能量也不断释放（通过R2转换为热能），电压减小，最后为零。在此过程中，电容器本身不消耗能量。因此，电容器是一种储能元件。3.1.3实验：电容器的充电和放电电容器的检测3.1电容单元3电容和电感2．电容器的检测（1）实验目的学会判断电容器好坏的简易方法。（2）实验器材万用表一块。几只容量不等的固定电容器和电解电容器。（3）实验原理电容器的常见故障有击穿短路、开路、漏电、容量减小、变质失效等。用万用表的电阻挡，测试电容器有无短路、开路，有无充电过程，可以初步检测电容器的好坏。3.1.3实验：电容器的充电和放电电容器的检测3.1电容单元3电容和电感2．电容器的检测（4）实验步骤①固定电容器的检测a.电容值在5000pF以下:可用R×10k挡检测内部是否击穿短路。b.电容值在5000pF以上:可用R×10k挡初步判别电容器的好坏。②电解电容器的检测a.1～47μF间的可用R×1k挡，大于47μF的可用R×100挡。b.测量电容的正向漏电阻和反向漏电阻（一般应在几百kΩ以上），否则说明电容漏电严重或已击穿损坏。c.根据指针向右摆动幅度的大小，可估测出电解电容的容量。3.1.3实验：电容器的充电和放电电容器的检测3.1电容单元3电容和电感2．电容器的检测检测较大容量电容器时，万用表指针的摆动情况（a）反复调换表笔测量（b）检测的三种情况3.1.3实验：电容器的充电和放电电容器的检测学习目标3.2磁场与电磁感应单元3电容和电感（1）理解磁场的基本概念，会判断载流长直导体与螺线管导体周围磁场的方向，了解其在工程技术中的应用。（2）了解磁通的物理概念，了解其在工程技术中的应用；了解磁场强度、磁感应强度和磁导率的基本概念及其相互关系。（3）掌握左手定则。（4）掌握右手定则。3.2磁场与电磁感应单元3电容和电感3.2.1磁场与磁感线1．磁场观察与思考同名磁极相斥，异名磁极相吸。互不接触的磁体之间发生相互作用，表明磁体周围有一种特殊物质来传递这一作用，这一特殊物质就是磁场，磁体周围存在磁场。3.2磁场与电磁感应单元3电容和电感为直观描述空间中各点的磁场而引入磁感线的概念。在磁场中画一些曲线，曲线上任一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线就是磁感线。磁感线是人们假想出来的