电工基础——电容和电感

第三章第三章电容和电感电容和电感第一节电容学习目标 1 ．掌握什么是电容器及常见的电容器； 2 ．理解电容的概念及定义式，了解平行板电容器的电容与哪些因素有关 3 ．理解介质的击穿 4 ．掌握电容的串并联 5 ．掌握电容的充放电重点 1 ．电容的串并联 2 ．电容的充放电难点电容的充放电一、电场的基本概念 1 ．电场：带电体周围存在电场。静止电荷形成的为静电场，电流不变化的为恒定电场，电流不断变化的为变化电场。 •电场力：电场对场中电荷的作用力 3 ．电场强度：测量电场强度的物理量，对于均匀电场二、电容元件，对于不均匀电场COSa 第 1 页共 16 页 1 ．电容的定义：一种储存电场能量的实际器件，电容器所带电量Q与电容器两极板间的电压U的比值，称为电容器的电容，用C表示。 2 ．图形符号： 3 ．计算式：，电容量表征导体在单位电压作用下储存电荷的能力，是由电容器本身的性质（导体大小、形状、相对位置及电介质）决定的 , 与电容器是不是带电无关。 4 ．单位：法拉（Ｆ）1F=10 3 µ Ｆ =10 6 ＰＦ 5 ．分类：按照介质可以分为空气电容器、纸介质电容器、银介质电容器、云母介质电容器、油介质电容器、金属介质电容器等。按照电容的容量是否可调可以分为固定电容器、可调电容器，按照电容器有无极性可以分为无极性电容器和电解电容器。 6 ．平板电容器：电容器两金属片是平行平面，中间是均匀电场。，Ｃ与Ａ、Ｅ、ｄ有关，但Ｃ与Ｕ有关， 7 ．广义电容器：任何两个导体间都存在电容，如输电线之间，输电线与大地之间，晶体管各极之间，电机变压器绕组的匝间，绕组与机壳之间，但都较小。 8 ．参数 ① 额定工作电压，若电容器的工作电压超过额定电压，将引起介质击穿，导致电容器毁坏。第 1 页共 16 页 ② 标称容量 ③ 允许误差 ④ 绝缘电阻：应越大越好。三、电容器的串联图 3-1电容的串联 U为所加电压，I L为漏电流。 1 ．电量：Q=Q 1 =Q 2 =Q 3 2 ．电压：U S =U 1 +U 2 +U 3 3 ．电容量：电阻的并联。，即电容器串联之后，总容量减少，这相当于 4 ．用途：当单独一个电容器的耐牙不能满足电路要求，需并联，但应注意： ① 每只电容器均承受着同样的电量。 ② 电容大的电容器分配的电压小，电容小的电容器分配的电压反而大。第 1 页共 16 页例例 3-1 3-1 ：：已知 C １ =0. ２５ｕＦ（２００ｖ），Ｃ２＝０．５ｕＦ（３００ｖ），若两电容并联，问电路能否正常工作？解：解：Ｃ＝Ｃ１／／Ｃ２＝＝０．１６７ｕＦＱ＝Ｑ１＝Ｑ２＝ＣＵ＝０．１６７＊３６０Ｖ～６０ｕＣＵ１＝＝２４０ＶＵ２＝＝１２０Ｖ由于小Ｃ承受大电压＞２００Ｖ，大Ｃ承受小电压＜３００Ｖ，将导致Ｃ１击穿，继而引起Ｃ２击穿．四、电容器的并联图 3-2电容的并联 1 ．电量：Q=Q 1 +Q 2 +Q 3 2 ．电压：U S =U 1 =U 2 =U 3 3 ．电容量：于电阻的串联。，即电容器并联之后，总容量增大减少，这相当第 1 页共 16 页 4 ．用途：当单独一个电容器的电容量不能满足电路要求，而耐压满足要求时，需并联，但应注意： ① 每只电容器均承受着外加电压。 ② 每只电容器的耐压均应大于外电压。否则一只电容器被击穿，整个并联电路就被短路，会对电路造成危害。五、电容器的充放电 1 ．电容器的充电过程 ①实验现象：如图 3-3 ，开关置 1 ，白炽灯开始较亮，然后逐渐变暗，灯泡不亮了。电流表指针由大变小直至 0 。电压表指针由 0 逐渐增大到 U s （ a ） (b) 图 3-3电容的充放电第 1 页共 16 页 ②图形描述，如图 3-3 （ b) ③ i=C=== ④用万用表电阻档检测电容，可以看到电表指针向右偏转，然后慢慢向左偏转，指针偏幅度较大， C 的充电过程反映 C 的电容量大小。 ⑤ 越小，充电时间越小。，称为充电时间常数，RC ⑥ 初态：图 3-4电容的放电图 3-5 稳态： 2 ．电容器的放电过程第 1 页共 16 页 ①实验现象：开关置 2 ，白炽灯开始较亮，然后逐渐变暗直至灭了，电流表偏转一个较大的角度，然后逐渐向零位偏转到 0 ②图形描述，如图 3-4 所示 ③ i （ t ） ==C ④，称为放电时间常数，放电时常数越小，放电越快。 ⑤ 初态：六、电容上的电压和电流的关系：稳态： 1 ．公式：，如图 3-5 所示。 2 ．电容上的电压不能发生突变，常利用电容的这种特性对电路元件进行过电压保护。 3 ．在直流电路中电容相当于断路（开路）七、电场能量 dw E =U C idt=U C d φ =CU C dU C W E == 第 1 页共 16 页电容器为储能元件，不耗能。电压增加时，存储电能；电流减少时，放出电能。例例 3-2 3-2 ：：一电容器 C=20 µF, 与一电阻 R=10Ω, 串联后等在直流电源 U =100V 上。求（ 1 ）开关接通稳定后电容器上电压 U；（ 2 ）开关接通瞬间电路中最大电流；（ 3 ）稳定后储存在电场中能量。解：解： U=100V ， I m =100/10=10A, W E = 八、电容器的击穿 =0.1J 1 ．电介质：即电场中不导电的绝缘体，电介质中每一原子中的电子受原子核的束缚力很强，不能形成自由电子，故不能导电。 2 ．介质的击穿：电介质所能承受的电场强度有一定限度，当被束缚的电荷脱离了原子或分子的束缚而参加导电，就破坏了绝缘性能，这一现象称为电介质的击穿。电介质所能承受的极限电场强度称为击穿电场强度，也称绝缘强度。 3 ．破坏现象： ① 电气开关的断开② 高压输电线③ 电机变压器绕组 4 ．介质击穿的避免 ① 采用绝缘强度高的材料。 ②绝缘材料有一定厚度，且不含杂质，如气泡或水分。 ③ 设法使电场按要求分布，避免电力线在某些地方过于密集。 5 ．介质击穿后的利用： ① 电弧焊 ② 日光灯 ③ 避雷器九、电容器的作用第 1 页共 16 页 ① 滤波② 隔直③ 调谐④ 耦合交流⑤ 交流旁路⑥ 能量转换作业： 3-8 ， 9 ， 10 ， 11 ， 12 第二节电感、自感、互感学习目标 1 ．了解电磁场的基本知识和电感的概念 2 ．掌握电感的充放电，电感对电流的阻碍作用 3 ．理解自感和互感现象重点电感对电流的阻碍作用难点自感和互感电动势的判断一、磁场的基本知识 1 ．运动的电荷周围存在着磁场。 2 ．磁感应强度：表征磁场强弱的物理量叫磁感应强度。 B==μH 3 ．磁场力 : 在磁场中受到的力叫磁场力 . F=BQV=QB=BLI 4 ．电磁感应 E=BLV ， B— 磁感应强度， L— 导体长度， V— 导体切割磁力线速度，用右手定则判别 E 的方向。 5 ．电动机原理：在磁场中，载流直导线受力产生运动把电能转化为机械能． 6 ．发电机原理：在磁场中，导体切割磁力线，产生感应电动势．第 1 页共 16