作为一名学生,在了解电阻器是什么之后了解电容器,令人惊讶的是,电容并不取决于所使用的极板的性质,至少在我所知道的任何类型的电容器中是这样。
我被引导,“只要板在导电,就没有区别。” 真的吗?
作为一名学生,在了解电阻器是什么之后了解电容器,令人惊讶的是,电容并不取决于所使用的极板的性质,至少在我所知道的任何类型的电容器中是这样。
我被引导,“只要板在导电,就没有区别。” 真的吗?
是的,这是真的,电容是:
\$C = \frac q V\$
其中 q 是电荷,V 是极板之间的电压。
只要费用\$q\$可以“保持原状”,这种关系就适用。我的意思是,没有必要有一个“好”的导体,因为电荷是静态的,它不会移动。
因此,只要施加一定的电压\$V\$导致一定的电荷\$q\$出现在电容器的板上,那么\$C\$就可以确定。
板是否是不良导体(高电阻)并不重要,因为所有电荷都需要更长的时间才能到达其最终位置。在最终状态下,与具有良好导电板的电容器相比没有区别,因为电荷量是相同的。
只有查看电容器的动态行为(它如何响应快速电压变化),您才会看到极板电导率的影响。一阶电容器会表现出额外的串联电阻。
电容器的有源部分是电介质。这就是能量储存的地方,这就是电压产生的地方。这些板只是将电流传输到正确的位置。这里的高电阻可能会使电容器有损耗,但不会改变电容。
同样,电阻器的电阻取决于电阻部件的材料和几何形状,而不是引线。
电感器的有源部分是线圈内的铁、铁氧体或空气空间,因为那是储存能量的地方。高电阻线会使电感器有损耗,但不会改变电感量。
典型的电容器板由具有大量电荷载流子的导体(金属)制成。考虑(非常粗略地)\$N_A = 6×10^{23}\$,而\$C = 6×10^{18}e\$,所以 1 mol 金属有足够的电荷载体 100000 C,假设每个原子一个移动电子。在带有铝板的 100V 1000μF 电容器中,只有 27μg 的铝原子必须提供/接受一个电子来保持电荷,其余原子保持中性。假设板重 5 克,即 99,9995% 的中性原子加上 0,0005% 的缺少一个电子的原子。显然,一个典型的电容器会在极板中缺少电荷载流子变得明显之前很久就因击穿而失效。
半导体的情况发生了变化,其中自由载流子的数量要少得多,并且取决于掺杂。即便如此,通常更容易将电容计算为静态近似值,假设板保持完全导电,并且只有它们之间的距离随着耗尽区的增长而变化。但这并不总是可能的:在快速动态过程中,结电容只能使用电荷流动方程(例如这个)来充分描述,并且解决方案确实取决于板的材料。
据我所知,材料的选择确实很重要——即使对于静态情况也是如此。如果不是,则意味着大多数绝缘体也可以用作电极,因为其中存在电荷载流子的剩余机会。为什么选择电极材料很重要的一些推理和科学著作:DOI:10.1109/16.753713 和 doi.org/10.1063/1.1713297 仅举几例。问题是您学习的模型是一个很好的近似值。不多不少。电极材料之所以重要的主要原因是,即使在静态情况下,EM 场也会进入导体。
LT;DR 知道您的模型的局限性:它确实很重要,但经常被忽略。