電容器(電容)計(jì)算
發(fā)布于2022-12-01 11:53
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標(biāo)簽:電容
一個(gè)帶電導(dǎo)體附近有其他導(dǎo)體時(shí),由于帶電導(dǎo)體對(duì)其他導(dǎo)體的靜電感應(yīng),會(huì)使其他導(dǎo)體表面上產(chǎn)生感應(yīng)電荷,因而它們將影響電勢(shì)的空間分布,并改變每個(gè)導(dǎo)體的電勢(shì),故帶電導(dǎo)體的電勢(shì)除與其所帶電量和自身幾何形狀有關(guān)外,還與其附近其他導(dǎo)體的位置、幾何形狀等因素有關(guān)。這就是說(shuō),一個(gè)非孤立帶電導(dǎo)體的電勢(shì)不能僅由它所帶的電量和它自身的幾何形狀所決定,而受外界導(dǎo)體的影響很大,外界的任何變動(dòng)都會(huì)使帶電導(dǎo)體的電勢(shì)發(fā)生變化,不存在僅由帶電導(dǎo)體本身性質(zhì)決定的電容概念。
為了消除其他導(dǎo)體對(duì)帶電導(dǎo)體的影響和帶電導(dǎo)體對(duì)其他導(dǎo)體的影響,可以用一個(gè)接地的導(dǎo)體殼B把帶電荷qA的帶電導(dǎo)體A包圍起來(lái),如圖2.10所示。這時(shí),導(dǎo)體殼內(nèi)表面上會(huì)出現(xiàn)一gA的電荷。當(dāng)帶電導(dǎo)體A上的電荷qa(分布在A的表面上)增加時(shí),導(dǎo)體殼B的內(nèi)表面上的電荷保持與qA等量異號(hào)地變化,導(dǎo)體B內(nèi)表面與導(dǎo)體A表面之間的電場(chǎng)分布構(gòu)形不變而場(chǎng)強(qiáng)跟著增強(qiáng),導(dǎo)體A與導(dǎo)體B之間的電勢(shì)差UA-Up也跟著增大。由唯一性定理可知,

是只與導(dǎo)體A的表面和導(dǎo)體殼B的內(nèi)表面這兩個(gè)帶電面的幾何形狀及相對(duì)位置有關(guān),而與qA,UA-Ug以及導(dǎo)體殼B外的情況均無(wú)關(guān)的量。
以上討論的是導(dǎo)體殼B接地的情況,這時(shí)Ub=0,所以CAb=____,實(shí)際上,就是導(dǎo)體殼B不接地,由于導(dǎo)體殼B的外表面有屏蔽作用,上面的討論仍然是正確的。所不同的只是這時(shí)Un不再等于零,這時(shí)電勢(shì)差U,一Ua仍與導(dǎo)體殼B外的情況無(wú)關(guān),且與qA成比例,(2.3.3)式定義的CMF不變,這種由導(dǎo)體殼B的內(nèi)表面和導(dǎo)體A的表面組成的導(dǎo)體系統(tǒng)叫做電容器,Cu叫做這個(gè)電容器的電容,組成電容器的兩個(gè)導(dǎo)體面叫做電容器的極板。
1. 平行板電容器
實(shí)際中的電容器也不是對(duì)屏蔽要求那么苛刻,非要把帶電導(dǎo)體面包圍起來(lái)不可。如圖2.11所示,兩個(gè)平行平面導(dǎo)體A和B,它們的面積很大且靠得很近,集中在兩導(dǎo)體相對(duì)表面上的電荷gA和一ga是電量相等、符號(hào)相反的電荷,它們產(chǎn)生的電場(chǎng)集中在A和B的相對(duì)表面之間,外界對(duì)這中間電場(chǎng)的影響可以忽略。這時(shí)電荷qA與兩導(dǎo)體板之間的電勢(shì)差UA一U之比,也與兩導(dǎo)體板外的導(dǎo)體無(wú)關(guān),只決定于這兩個(gè)相對(duì)帶電面的面積S和相對(duì)距離d。這對(duì)平行平面導(dǎo)體板就構(gòu)成一個(gè)電容器,叫做平行板電容器。這個(gè)電容器的電容C(用“ ”、“一”號(hào)表示帶正、負(fù)電荷極板)為:

圖2.11 平行板電容器
忽略兩極板邊緣的不均勻場(chǎng)效應(yīng),兩極板之間的電場(chǎng)為均勻電場(chǎng)。