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簡(jiǎn)要說明電容器的工作原理及介電材料

2018年11月30日17:09 

簡(jiǎn)單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(zhì)(包括空氣)構(gòu)成的。通電后,極板帶電,形成電壓(電勢(shì)差),但是由于中間的絕緣物質(zhì),所以整個(gè)電容器是不導(dǎo)電的。不過,這樣的情況是在沒有超過電容器的臨界電壓(擊穿電壓)的前提條件下的。我們知道,任何物質(zhì)都是相對(duì)絕緣的,當(dāng)物質(zhì)兩端的電壓加大到一定程度后,物質(zhì)是都可以導(dǎo)電的,我們稱這個(gè)電壓叫擊穿電壓。電容也不例外,電容被擊穿后,就不是絕緣體了。這樣的電壓在電路中是見不到的,所以都是在擊穿電壓以下工作的,可以被當(dāng)做絕緣體看。 但是,在交流電路中,因?yàn)?/span>電流的方向是隨時(shí)間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而電容器充放電的過程是有時(shí)間的,這個(gè)時(shí)候,在極板間形成變化的電場(chǎng),而這個(gè)電場(chǎng)也是隨時(shí)間變化的函數(shù)。實(shí)際上,電流是通過場(chǎng)的形式在電容器間通過的。

電容器的介電材料

電容器所用介電材料主要為固體,可分為有機(jī)和無機(jī)兩大類。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)形式,無機(jī)介電材料有微晶離子結(jié)構(gòu)、無定形結(jié)構(gòu)和兩者兼有的結(jié)構(gòu)(如陶瓷、玻璃、云母等)。有機(jī)介電材料主要為共價(jià)鍵組成的高分子結(jié)構(gòu),按結(jié)構(gòu)對(duì)稱與否又可分為非極性(如聚丙烯、聚苯乙烯等)和極性(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯等)兩類。電解電容器所用介質(zhì)是直接生長在陽極金屬上的氧化膜,也是離子型結(jié)構(gòu)。

非極性有機(jī)材料和離子結(jié)構(gòu)較完善而緊密的無機(jī)材料的極化,屬于快速極化類型;而極性有機(jī)材料和結(jié)構(gòu)離子晶體則屬于緩慢極化類型。前者介電常數(shù) ε較低,損耗角正切tgδ值很小,溫度、頻率特性較好,且體積電阻率也較高;后者則大致相反。工程用介電材料不是理想的電介質(zhì),具有不同程度的雜質(zhì)、缺陷和不均勻性。這是產(chǎn)生不同的體積電阻率ρV和擊穿場(chǎng)強(qiáng)Eb的原因。附表列出電容器常用介電材料的極化形式及其介電特性。

介電材料在外電場(chǎng)作用下會(huì)發(fā)生極化、損耗、電導(dǎo)和擊穿等現(xiàn)象,它們代表著電介質(zhì)的基本特性,而這些特性又取決于組分和分子結(jié)構(gòu)形式。



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