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06
静电场及其应用
照相机的闪光灯可以加强曝光量，保证在昏暗情况下拍摄的景物清晰明亮（图 6-25）。照相机的闪光功能离不开电工电子技术中的一种常用的元件——电容器。本节我们将学习电容器及其应用。
第五节 电容器及其电容
能储存电荷的电学元件称为电容器。两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器，即平行板电容器。电容器是储存电荷的元件。怎样才能使电容器带有电荷呢？下面，我们通过实验进行探究。
一、电容器
第五节 电容器及其电容
电容器的充、放电
按图 6-26 所示连接电路，将开关 S 拨到位置“1”，观察电流计和电压表指针的偏转情况。 然后将开关拨到位置“2”，再次观察电流计和电压表指针的偏转情况。
做中学
开关拨到位置“1”时，电源的两极分别与电容器的两个极板连接，会观察到电流计指针偏转，表明有电流通过电流计给电容器充电。
电容器充电结束后，开关仍然闭合，但电流计示数归零，表明电容器有隔断直流的作用。充电结束后电容器两极板带异种电荷，两极板间存在电场，板上的电荷因受静电力的作用而储存在极板上。
如果再将开关拨到位置“2”，电路中形成瞬时电流而发生放电，最终两极板所带电荷量为零。
从能量的角度看，电容器的充电过程，实际上也是把电源的能量储存在电容器中的过程。
一、电容器
第五节 电容器及其电容
如果把电容器与交流电源连接，会发现电路中始终有电流。这是因为交流电源的极性和电压都是周期性变化的，电容器会随着电源的这种周期性变化，不断地充电和放电，所以在连接电容器的电路中始终有电流。
一、电容器
第五节 电容器及其电容
在电容器充电的过程中，两极板间的电压 随着极板上电荷量的增加而增大；在电容器放电的过程中，两极板间的电压 随着极板上电荷量的减少而减小。实验表明，对于同一个电容器， 的比值不变；对于不同的电容器， 的比值一般不同。我们把电容器所带电荷量 与电压 之比称为电容，用符号 表示，即
二、电容器的电容
第五节 电容器及其电容
式中， 指电容器的一个极板上所带电荷量的绝对值， 为两极板间的电压。电容是表示电容器储存电荷本领的物理量。 在国际单位制中，电容的单位是法拉，简称法，符号为 。
除了法拉，电容的单位还有微法（）、皮法（）等。
二、电容器的电容
第五节 电容器及其电容
电容器的外壳上标有电容、电压等参数，如“”。 前者标示电容器的电容，后者标示电容器的额定电压。电容器的额定电压是指在额定环境温度下可连续加在电容器上的最高直流电压。如果工作电压超过电容器的耐压值，电容器将被击穿，造成损坏。实际情况下，随着温度的升高，耐压值将会变低。如果超过这个电压，电容器的电介质有被击穿的危险，其耐压的极限值称为击穿电压。击穿后电容器的两极板因导通而损坏。
二、电容器的电容
第五节 电容器及其电容
电容器的基本作用是存储电荷。某电容器上标有 “450 V 470 F”字样，则该电容器在额定电压下， 能储存多少电荷？
二、电容器的电容
第五节 电容器及其电容
例 题
分 析
从电容器上标注的参数，可知电容器的电容和额 定电压分别为 470 F、450 V。再利用电容的定义式 ，便可求出该电容器在额定电压下能储存的电荷量。
根据，可得
解
电容器的种类有很多，图 6-27 中是一些常见 电容器。 电容器按其电容是否可调，分为固定电容器、 可变电容器和微调电容器三大类（图 6-28）。固 定电容器的电容量是一个恒定的值，大部分电容器都是这种电容器。可变电容器的电容量可变化， 即通过改变电容器两极板的相对面积或改变两极板间的相对距离来改变电容量，收音机的选台功能就是通过调节电容器的电容量来实现的。微调电容器的电容变化比可变电容器小一些。
三、常见电容器
第五节 电容器及其电容
电容器按制造材料的不同可分为瓷介电容器、涤纶电容器、电解电容器、钽电容器、聚丙烯电容器等。如铝电解电容器，是用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成，薄的氧化膜作电介质。由于氧化膜有单向导电性质，所以电解电容器具有极性（图 6-29）。
三、常见电容器
第五节 电容器及其电容
观察家用电器电路板中的电容器
拆解家里已经报废的电子设备，取下里面的电路板。如 6-30 所示就是一种电器的电路板。仔细观察电路板上的元件，看看哪些元件是电容器。
三、常见电容器
第五节 电容器及其电容
做中学
电容器在电工电子技术中有广泛的应用。电容器是电风扇、洗衣机、空调等电器电路中的重要元件。风光发电也是利用电容器的储能功能，在风力强劲或白天阳光充足的条件下充电储存吸收能量，在风力较弱或夜晚时放电释放能量，以维持供电平衡。
电容式传感器以不同类型的电容器作为传感元件，将被测物理量或机械量转换成电容量变化，广泛用于位移、角度、振动、速度、压力等方面的测量。
四、电容器的应用
第五节 电容器及其电容
如图 6-31 所示，指纹识别器就是通过电容传感器来识别指纹的。该传感器表面集合了很多电容器极板，其外面是绝缘表面。当用户的手指放在绝缘表面时，皮肤便组成了电容阵列极板的另一面，指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同，使电容阵列中不同位置的电容器的电容值也不相同。通过读取这些电容的差异，就能获取指纹信息。这样，把指纹的信息转换成了电信号，再经过电路对电信号的比较，便可实现对指纹的识别。
四、电容器的应用
第五节 电容器及其电容
超级电容器
超级电容器（图 6-32）是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。超级电容器绿色环保，在生产过程中没有使用重金属和其他有害的化学物质，且自身寿命较长，因而是一种新型的绿色环保电源。
四、电容器的应用
第五节 电容器及其电容
工匠宝典
第五节 电容器及其电容
作业与活动
1. 有同学根据 认为，电容器的电容会随着电容器的电荷量的增加而增大，随着电容器两极板间的电压的增大而减小。你认为这种看法对吗？ 为什么？
第五节 电容器及其电容
作业与活动
2. 如图所示，指纹传感器在一块半导体基板上有大 量相同的小极板，外表面绝缘。当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，由于指纹凹凸不平，凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成一个个正对面积相同的电容器，若每个电容器的电压保持不变，则
A. 指纹的凸点处与小极板距离近，电容小
B. 指纹的凸点处与小极板距离近，电容大
C. 手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电荷量增加
D. 手指挤压绝缘表面，电容电极间的距离减小，小极板带电荷量减少
项目任务与实践活动
第五节 电容器及其电容
3. 查阅资料，了解电容器在照相机闪光灯电路中的作用，并与同学交流。

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