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教具:
多媒体课件
教学过程:
Ⅰ、复习导入:
1、复习提问:
叠加定理内容与应用条件。
2、导入新课:
电容器是电路的基本元件之一,在电工和电子技术中应用非常广泛。
例如在电力系统中利用它可改善系统的功率因数;
在电子技术中,利用它可起到滤波、耦合、隔直、调谐、旁路和选频等作用。
这节课我们就来介绍电容器的基本概念。
Ⅱ、讲授新课:
一、电容器和电容
1、电容器:
(1)、电容器:
指在电路中储存电场能量的元件.是由两个彼此绝缘又相隔很近的导体电极中间夹一层绝缘体(又称电介质)所构成。
(2)、电容器最基本的特性:
能够存储电荷。
(3)、用途:
具有“隔直通交”的特点,在电子技术中,常用于滤波、移相、旁路、信号调谐等;
在电力系统中,电容器可用来提高电力系统的功率因数。
(4)、主要技术参数:
电容量、允许误差、额定电压。
(5)、工作原理:
把电容器的两个极板分别接到电源的正负极上,电容器的两极板间便有电压U,在电场力的作用下,自由电子定向运动,使得A板带有正电荷,B板带有等量的负电荷.电荷的移动直到两极板间的电压与电源电动势成骑虎相等时为止.这样在两个极板间的介质中建立了电场,电容器储存了一定量的电荷和电场能量.
2、电容
(1)、电容量是衡量电容器储存电荷能力大小的一个物理量,简称电容,通常也用符号C表示。
(2)、含义:
电容器任一极板所储存的电荷量,与两极板间电压的比值叫电容量,简称电容。
用字母C表示。
(3)、电容定义式为:
式中Q——一个极板上的电荷量,单位是库[仑],符号为C;
U——两极板间的电压,单位是伏[特],符号为V;
C——电容,单位是法[拉],符号为F。
(4)、物理意义:
描述电容器容纳电荷本领的大小
(5)、单位换算:
法拉,简称法,通常用符号“F”表示。
当电容器两端所加的电压为1V时,若在任一极板上储存1C的电荷量,则该电容器的电容量就是1F。
实际应用常用的是较小的单位有微法(μF)和皮法(pF):
1μF=10-6F1pF=10-12F
二、平行板电容器
1、影响平行板电容器电容的因素:
理论与实验证明,平行板电容器的电容与两极板的正对面积成正比,与两极板的距离与反比,并跟板间插入的电介质有关。
2、平行板电容器电容计算的数学表达式为
式中ε——某种电介质的介电常数,单位是法[拉]每米,符号为F/m;
S——极板的有效面积,单位是平方米,符号为㎡;
d——两极板间的距离,单位是米,符号为m;
3、注意:
(1)、对某一个平行板电容器而言,它的电容是一个确定值,其大小仅与电容器的极板面积大小、相对位置以及极板间的电介质有关;
与两极板间电压的大小、极板所带电荷量多少无关。
(2)、不同电介质的介电常数不同,真空中的介电常数用ε0表示,实验证明:
=8.85×
10-12F/m其它电介质的介电常数与真空中的介电常数的比值,叫做某种物质的相对介电常数,用表示则
(3)、并不是只有电容器才有电容,实际上任何两个导体之间都存在着电容。
【例1】将一个电容为6.8μF的电容器接到电动势为1000V的直流电源上,充电结束后,求电容器极板上所带的电荷量.
解:
根据电容定义式C=Q/U则Q=CU=6.8×
10-6×
1000=0.0068(C)
课堂练习:
有一真空电容器其电容是8.2μF,将两极板间的距离增大一倍后,其间充满云母介质,求云母电容器的电容.
真空电容器的电容
(1)云母电容器的电容
(2)
(2)除以
(1)得到则C=8.2μF=28.7μF
Ⅲ、本课小结
1、电容器的定义与基本特性
2、电容的概念与定义公式
3、平行板电容器公式与应用.
Ⅳ、课余作业:
课本P69小练习1、2、3、4.
教学后记:
3-2、电容器的参数和种类
1、了解电容器的参数。
2、了解电容器的种类及特点。
电容器的参数.
电容器的种类及特点。
瓷片电容器、云母电容器、电解电容器、可调电容器、多媒体课件等。
电容器、电容的定义公式、平行板电容器电容公式
电容器的各类繁多,不同种类电容器的性能、用途不同,同一类的电容器也有许多不同的规格,要合理选择和使用电容器,就必须对电容器的参数有种类有充分的认识。
这节课我们就来了解电容器的参数和种类方面的问题。
一、电容器的参数
1、额定工作电压
(1)、电容器的额定工作电压是指使电容器能长时间地稳定工作,并且保证电介质性能良好的直流电压的数值。
(2)、额定工作电压一般叫耐压。
(3)、电容器上所标的电压就是工作工作电压,一般直接标注在电容器外壳上。
(4)、如果把电容器连接到交流电路中,必须保证电容器的工作工作电压不低于交流电压的最大值,否则电容器会被击,造成不可修复的永久损坏。
2、标称容量和允许误差
(1)、标称电容量是标志在电容器上的电容量。
(2)、电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度。
精度等级与允许误差对应关系:
00(01)-±
1%、0(02)-±
2%、Ⅰ-±
5%、Ⅱ-±
10%、Ⅲ-±
20%、Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)
(3)、一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。
3、绝缘电阻
(1)、直流电压加在电容上,并产生漏电电流,两者之比称为绝缘电阻。
(2)、当电容较小时,主要取决于电容的表面状态,容量0.1F时,主要取决于介质的性能,绝缘电阻越小越好。
4、损耗
(1)、电容在电场作用下,在单位时间内因发热所消耗的能量叫做损耗。
(2)、各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值,电容的损耗主要由介质损耗,电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。
5、频率特性
随着频率的上升,一般电容器的电容量呈现下降的规律。
二、电容器种类和选用
1、常用的各种电容器及其符号表示:
(见课本P71图3-3)
2、电容器的种类
(1)、按照结构分三大类:
固定电容器、可变电容器和微调电容器。
(2)、按电解质分类:
有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。
(3)、按用途分有:
高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。
(4)、按制造材料的不同可以分为:
瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钽电容,还有先进的聚丙烯电容等。
(5)、高频旁路:
陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。
(6)、低频旁路:
纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。
(7)、滤波:
铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。
(8)、调谐:
陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。
(9)、低耦合:
纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。
(10)、小型电容:
金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。
3、电容器的选用
在实际选用电容器时,不仅要考虑电性能要求,还应考虑它的体积、种类、重量及价格等因素;
不仅要考虑电路要求,还应考虑电容器的使用环境。
总之,在选用电容器时应视具体情况而定。
(1)、首先应满足电性能要求,主要考虑电容量,允许误差和额定工作电压等指标是否达到电路要求,既不能过高,也不能过低。
过高造成浪费,过低不但达不到电路要求,而且不安全。
(2)、考虑电路要求和使用环境,如电力系统用以改善系统的功率因数时,应选择额定工作电压高,容量大的电力电容器;
在谐振回路中,应选择稳定性高,介质损耗小的云母电容器或陶瓷介质电容器等;
用于电源滤波时,应选用大容量的电解电容器。
(3)、考虑装配形式,体积及成本等。
(4)、对电容器的型号及意义熟悉,这也是选用电容器的依据之一。
一般固定电容器的型号意义可查阅有关的手册,如某电容器型号为CZG型,则表示管状纸介质电容器,具体意义如下:
C为主称(C表示电容器);
Z为介质材料(Z代表纸介质);
G为分类及特征代号(G表示管状)。
1、电容器的参数。
2、电容的种类及特点。
课本P72小练习1、2.
3-3、电容器的连接
1、掌握并能应用电容器串、并联的公式进行计算。
2、理解电容器串、并联的条件与特点。
电容器串、并联规律与应用。
电容器串、并联规律的推导过程与应用。
讲授法
电容器的工作电压、标称容量和允许误差、电容器的选用原则。
在上节内容中,我们学习了电容器的两个重要参数:
电容量和耐压。
在实际工作中,选用电容器必须考虑它的电容量和耐压能力。
而电容器的容量和耐压都不是连续的(显示电容量和耐压值标称系列)。
当遇到单独一个电容器的电容量或耐压不能满足电路要求时,这时,可将若干个电容器作适当连接,以满足实际电路的需要。
一、电容元件的串联
1、定义:
将几只电容器首尾依次相连,构成中间无分支的连接方式,称为电容器的串联。
如下图所示。
2、适用范围:
当单独一个电容器的耐压不能满足电路要求,而它的容量又足够大时,可将几个电容器串联起来,再接到电路中使用。
3、电容元件串联使用时,有以下几个特点:
(1)、电容器串联电路中,各个电容器所带电荷量相等,即Q1=Q2=Q3=Q
(2)、电容器串联总电压等于各电容器两端电压之和。
推导:
利用基尔霍夫第二定律,列出回路电压方程就可以得到U=U1+U2+U3。
(3)、电容器串联时其等效电容的倒数等于各电容器电容的倒数之和。
电路的总电容量C=,再根据U=U1+U2+U3,就可以推出公式
再推广到n个电容器串联的公式:
……+
当n个电容器的电容量相等,均为C0时,总电容C=
电容器串联时总电容量减小了,这种情况相当于增大了电容器两极板间的距离,使电容量减小了,它与电阻并联情况相似。
【例1】有两只电容器,C1容量为2μF,额定工作电压为160V,C2容量为10μF,额定工作电压为250V。
若将它们串联后接在300V的直流电源上使用,求等效电容量和每只电容器上分配的电压,这样使用是否安全?
解:
等效电路如右图所示
(1)、串联等效电容为:
(2)、C1上分配的电压为:
C2上的电压为:
(3)、由于C1上分配的电压250V远大于其本身耐压160V,所以C1将会被击穿。
当C1击穿后,迫使C2承受着全部电源电压300V,而300V远大于C2的耐压值250V,因而C2也
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