什么是電容?
電荷與電壓的比值就是電容量C。電容單位為法拉(F)。1法拉電容器在電壓為1V時儲存的電荷量為1庫倫(C)。圖1.1中的球體表面電壓與儲存的電荷Q關聯。電壓V等于。Q/V等于
。如果球體位于電介質媒介中,電壓V降低
倍,Q/V等于
。在電介質媒介中的球體電容量為
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對于圖1.3中的平行平面來說,兩導體平板之間的電壓等于E場乘以間距h。從公式(1.12)中得到電壓為。如果有電介質,Q/V的比值為:
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電容是幾何形狀的函數。目前為止,我們只討論了兩種簡單的幾何體,球體及平行導體面。在實際大多數電路中,幾何體是很復雜的,電容的計算就比較困難。重要的是要認識到電容量與3個因素有關:與表面積成正比,與兩個面之間的距離成反比,與介電常數成正比。
注意 :電容是個幾何概念,所有導體幾何形狀都可以儲存電場能量,因此都有電容。
電容概念可以擴展到自由空間中。考慮空間中有方向的立方體,電場線垂直穿過立方體的兩個面。如果立方體相反的兩個面上有等量極性相反的電荷,電場線將會沒有差別。兩個面之間的電壓等于E場乘以穿過立方體之間的距離。因此,我們根據等效面電荷和電壓差的比值得到電容量。
注意 :除了導體,自由空間也有儲存電場能量的能力。空間體積具有電容。
因子。稱為自由空間的電容率等于8.85×10-12F/m。考慮印刷電路板走線在地平面上的電容。如果間距h是5mm,走線是10mm寬和10mm長,走線的面積等于100mm2。A/h的值是20mm或20×10?3m,如果相對介電常數為10,走線和地平面之間的電容等于
或者177pF。
有意思的是,可以把地球看作一個導體計算其電容。地球的半徑是6.6×m。利用公式(1.15)計算電容為711μF。