電容器工作原理

引言

    傻瓜相機的閃光燈電容器

從(cong) 某種意義(yi) 上說，電容器有點像電池。盡管兩(liang) 者的工作方式截然不同，但它們(men) 都能存儲(chu) 電能。如果您已經閱讀過電池工作原理，那麽(me) 您應該知道，電池有兩(liang) 個(ge) 電極。在電池內(nei) 部，化學反應使一個(ge) 電極產(chan) 生電子，另一個(ge) 電極吸收電子。

電容器則要簡單得多，並且它不能產(chan) 生電子——它隻是存儲(chu) 電子。在本文中，您將了解什麽(me) 是電容器以及電容器在電子領域的應用。

電容器基礎知識
像電池一樣，電容器也具有兩(liang) 個(ge) 電極。在電容器內(nei) 部，這兩(liang) 個(ge) 電極分別連接到被電介質隔開的兩(liang) 塊金屬板上。電介質可以是空氣、紙張、塑料或其他任何不導電並能防止這兩(liang) 個(ge) 金屬極相互接觸的物質。利用兩(liang) 片鋁箔和一張紙，您就可以輕鬆地製作一個(ge) 電容器。盡管您製作的電容器在存儲(chu) 容量方麵不是很理想，然而它確實能夠工作。

電子電路中的電容器如圖所示：

下麵讓我們(men) 看看在將電容器和電池連接在一起時會(hui) 發生什麽(me) ：

• 電容器上與電池負極相連的金屬板將吸收電池產生的電子。
• 電容器上與電池正極相連的金屬板將向電池釋放電子。

充電完成後，電容器與(yu) 電池具有相同的電壓（如果電池電壓是1.5伏特，則電容器電壓也是1.5伏特）。小電容器容量較低，但大電容器可以容納大量電荷。 比如，一個(ge) 蘇打罐大小的電容器可以容納足夠的電荷，能夠將一個(ge) 手電筒燈泡點亮幾分鍾。當您看到天空中的閃電時，您看到的是一個(ge) 巨大的電容器，其中一極是天空的烏(wu) 雲(yun) ，另一極是大地，而閃電正是烏(wu) 雲(yun) 和大地這兩(liang) 個(ge) “極”之間的電荷釋放現象。顯然，如此龐大的電容器可以保存大量的電荷！

下麵，讓我們(men) 假設您按如下方式將電容器連接到電路中：

您有一節電池、一個(ge) 燈泡和一個(ge) 電容器。 如果電容器非常大，那麽(me) 您會(hui) 看到，在連上電池後，電流從(cong) 電池流向電容器以便給其充電，此時燈泡將被點亮。燈泡會(hui) 逐漸變暗，最後，一旦電容器達到其電容量，燈泡將立即熄滅。隨後，您可以取下電池，並用一段導線來取代它。電流將從(cong) 電容器的一極流向另一極。此時，燈泡將重放光明，然而好景不長，很快燈泡又逐漸黯淡下來。最後，電容器放電完畢（電容器兩(liang) 極上的電子數相等），燈泡又熄滅了。

電容量單位——法
電容量的單位是法。容量為(wei) 1法的電容器可以在1伏特的電壓下存儲(chu) 1庫侖(lun) 的電量。1庫侖(lun) 為(wei) 6.25e18（6.25*10^18，即 625 億(yi) 億(yi) ）個(ge) 電子。1安培表示每秒鍾流過1庫侖(lun) 電子的電子流動速率，因此，容量為(wei) 1法的電容器可以在1伏特的電壓下存儲(chu) 數量為(wei) 1安培-秒的電子。

1法的電容器通常相當大。根據電容器的電壓承受能力的不同，它可能會(hui) 有金槍魚罐頭瓶或1公升的蘇打水瓶那麽(me) 大。因此，您見到的電容器通常以微法（百萬(wan) 分之一法）為(wei) 單位來度量。

要理解1法到底有多大，不妨這樣推算一下：

一節典型的堿性AA電池存儲(chu) 了大約2.8安培-小時的電量。
這意味著，一節AA電池可以在1.5伏特電壓下產(chan) 生1小時的2.8安培電流（約4.2瓦特-小時，即一節AA電池可以使一個(ge) 4瓦特的燈泡持續照明1個(ge) 小時多一點兒(er) ）。
為(wei) 了計算方便，我們(men) 幹脆將AA電池的電壓算作1伏特。要在電容器中存儲(chu) 一節AA電池的能量，需要使用容量為(wei) 3,600*2.8=10,080法的電容器，因為(wei) 1安培-小時相當於(yu) 3600安培-秒。
如果1法電容量需要用金槍魚罐頭瓶大小的電容器來存儲(chu) ，那麽(me) ，一節AA電池的體(ti) 積跟存儲(chu) 10,080法的電容器的體(ti) 積相比，簡直就是小巫見大巫了！顯然，除非電容器耐壓能力很高，否則用電容器來存儲(chu) 大量能量是不切實際的。

電容器的應用
電容器與(yu) 電池之間的不同之處在於(yu) ：電容器可以瞬時釋放它的全部電量，而電池則需要花費數分鍾才能完全釋放其電量。這正是照相機上的電子閃光燈使用電容器的原因：電池在幾秒鍾內(nei) 為(wei) 閃光燈的電容器充滿電，然後電容器幾乎在瞬間將自身所存全部電量釋放到閃光管中。這會(hui) 使已充電並且容量很大的電容器極其危險，因此，閃光燈和電視機上都有警示信息，提醒人們(men) 不要隨意打開它們(men) 。它們(men) 都含有可能對人體(ti) 造成致命傷(shang) 害的大容量電容器。

電容器在電子電路中有幾種用途：

有時，電容器用於(yu) 存儲(chu) 電量以便高速釋放。閃光燈用到的就是這一功能。大型激光器也使用此技術來獲得非常明亮的瞬時閃光效果。
電容器還可以消除脈動。如果傳(chuan) 導直流電壓的線路含有脈動或尖峰，大容量電容器可以通過吸收波峰和填充波穀來使電壓變得平穩。
電容器可以阻隔直流。如果將一個(ge) 較小的電容器連接到電池上，則在電容器充電完成後（電容器容量較小時，瞬間即可完成充電過程），電池的兩(liang) 極之間將不再有電流通過。然而，任何交流電流(AC)信號都可以暢通無阻地流過電容器。其原因是隨著交流電流的波動，電容器不斷地充放電，就好像交流電流在流動一樣。
電容器的一個(ge) 比較重要的用途是與(yu) 電感器一起使用，構成振蕩器。有關(guan) 詳細信息，請參見振蕩器工作原理。