改变极板之间的间隙会改变电容器电压吗?

电器工程 电压 电容器 收费 静止的
2022-01-19 10:21:57

考虑一个理想电容器,其极板之间的长度为 \$\ell_1\$。电容器端子开路;它们没有连接到任何有限值阻抗。其容量为\$C_1\$,初始电压为\$V_1\$。

如果我们使极板之间的间隙 \$\ell_2=2\ell_1\$ 而不改变极板上的电荷量,电容器电压会发生什么变化?


我对此的看法:

增加间隙将减小电容。

$$ C_2 = \dfrac{C_1}{2} $$

由于充电量不变,新的电容器电压将为

$$ V_2 = \dfrac{Q}{C_2} = \dfrac{Q}{\dfrac{C_1}{2}} = 2\dfrac{Q}{C_1} = 2V_1。$$

这是真的?我们可以通过移动它的极板来改变电容器的电压吗?例如,假设我穿着塑料鞋,身上有一些电荷。这自然会产生静态电压,因为我的身体和地面充当电容器板。现在,如果我爬上一个完美的绝缘体建筑(例如,一棵干树),我身上的静电电压会增加吗?

4个回答

Wimshurst机器通过该过程工作。

它将电荷放在靠近的板上,然后将板分开以产生高压。

上世纪 70 年代,当我在学校时,一个孩子用 PCB 材料制作了一个磁盘,并使用留声机针头来制造初始电荷。“工作”是由电动机完成的。根据它产生的火花长度,我认为它产生了超过 200,000V。

他的父亲接受了这项工作,在那里他们设计了电话,并用它测试了早期的电子电话。

是的,电压增加了。似乎我们大多数人在学校都知道这一点。我的物理学教授有一个带有可移动板的装置,以及一个非常灵敏(实际上是非常高阻抗)的电压表。随着板被拉开,电压上升。

这来自元素公式 Q=CV。将板拉开会降低电容。电荷没有去任何地方,所以电压必须上升。这似乎违反直觉,但是板上的电荷想要相互吸引,而您正在通过将它们拉开来做功。

如果您有一个带 FET 输入的电压表(或示波器,如果您有幸的话),您可以重现上述实验。将负极引线接地并将另一根引线握在手中。如果您的鞋子不导电,并且您没有连接任何 ESD 带,您应该能够通过抬高和降低脚来使仪表偏转。顺便说一句,摩擦地毯会产生电荷,抬起你的脚然后离开就是将这些静电荷提高到如此高的电压水平的原因。

实际上,这就是驻极体电容麦克风的工作原理。随着膜片振动,它与固定板之间的电容发生变化,电压也随之变化。

电压肯定会增加。

Q = C * U

由于您通过增加间隙来减少 C 但 Q 保持不变,因此 U 将增加。

在我上学的时候,我不想相信它,所以我的技术人员带着高压电源、板、电缆、隔离器和电流计把我送到了实验室。我已经测试过了,这是真的!电压随着间隙的增加而增加。

面积为 \$A\$ 的两个平行板之间的电场大致为 \$E = { Q \over \epsilon A} \$,因此距离 \$x\$ 处的电压将为 \$V(x ) = { Q x\over \epsilon A} \$。

因此,距离加倍将使电压加倍。

当 \$x\$ 变得大于板的某些特征尺寸的一部分时,电场近似将显着降低。