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简要说明电容器的工作原理及介电材料

   相信大家对电容器都有所认知,从客观上来看,电容器从某种意义上来说,已经类似与电池了。虽然其与电池的工作方式有着天差地别,共通点就在于都是能够完成电能村村的装置与器件。但是相对而言,电容器的工作原理简单很多,电池能够够产生电子,而电容器只能存储电子。


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    最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质(包括空气)构成的。通电后,极板带电,形成电压(电势差),但是由于中间的绝缘物质,所以整个电容器是不导电的。不过,这样的情况是在没有超过电容器的临界电压(击穿电压)的前提条件下的。我们知道,任何物质都是相对绝缘的,当物质两端的电压加大到一定程度后,物质是都可以导电的,我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外,电容被击穿后,就不是绝缘体了。这样的电压在电路中是见不到的,所以都是在击穿电压以下工作的,可以被当做绝缘体看。 但是,在交流电路中,因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的,这个时候,在极板间形成变化的电场,而这个电场也是随时间变化的函数。实际上,电流是通过场的形式在电容器间通过的。


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电容器的介电材料

电容器所用介电材料主要为固体,可分为有机和无机两大类。根据分子结构形式,无机介电材料有微晶离子结构、无定形结构和两者兼有的结构(如陶瓷、玻璃、云母等)。有机介电材料主要为共价键组成的高分子结构,按结构对称与否又可分为非极性(如聚丙烯、聚苯乙烯等)和极性(聚对苯二甲酸乙二酯等)两类。电解电容器所用介质是直接生长在阳极金属上的氧化膜,也是离子型结构。

非极性有机材料和离子结构较完善而紧密的无机材料的极化,属于快速极化类型;而极性有机材料和结构松弛的离子晶体则属于缓慢极化类型。前者介电常数 ε较低,损耗角正切tgδ值很小,温度、频率特性较好,且体积电阻率也较高;后者则大致相反。工程用介电材料不是理想的电介质,具有不同程度的杂质、缺陷和不均匀性。这是产生不同的体积电阻率ρV和击穿场强Eb的原因。附表列出电容器常用介电材料的极化形式及其介电特性。

介电材料在外电场作用下会发生极化、损耗、电导和击穿等现象,它们代表着电介质的基本特性,而这些特性又取决于组分和分子结构形式。



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