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第四节 电功、电功率、电容器  

作者： 来源： 发布时间：2011年03月05日 点击数：
　
一、 电功
电流流过用电器时，用电器就将电能转换成其他形式的能（如磁、热、机械能等）。我们把电能转换成其他形式的能，称为电流做功，简称电功，用字母W表示。
其电功的数字式为：
W=UQ=IUt=I2Rt=U2/Rt（2-19）
式中U——电路两端的电压，V；
I——电路电流，A；
R——电路的电阻，Ω；
t——通电时间，s。
式(2-19)中，若电压单位为伏，电流单位为安，时间单位为秒，电功单位就是焦耳，简称焦，用字母J表示。
二、 电功率
电流在1 s钟内做的功称为电功率，以字母P来表示，其数学式为：
P=W/t(2-20)
在式(2-20)中，若电功单位为焦耳，时间单位的为秒，则电功率的单位是焦耳/秒(J/s)，简称为瓦，用字母W表示。
在实际工作中，电功率的常用单位还有千瓦（kW）、毫瓦（mW）等。
1 kW=1 000 W
1 W=1 000 mW
根据式（2-20）还可得到最常见的电功率计算式为：
P=IU=I2R=U2/R(2-21)
三、 电流的热效应
电流通过导体时使导体发热的现象叫电流的热效应。热效应就是电能转成热能的效应。
焦耳—楞次定律是指电流流过导体产生的热量，与电流强度的平方，导体的电阻及通电的时间成正比，用Q 字母来表示，其数学式为：
Q=I2Rt(2-22)
式中I——电流，A；
R——导体的电阻，Ω；
t——做功的时间，s。
Q单位是焦耳，如果以卡表示，而1 J=0.24 cal，式(2-22)可改写为：
Q=0.24I2Rt(2-23)
四、 电容器
1 电容器和电容量
凡是被绝缘物分开的两个导体所构成的总体，都是电容器。电容器最基本的特点是能够储存电荷，所以有时又把电容器定义为能够储存电荷的容器。最常见的电容器是平板电容器，即在两导电平板间夹一绝缘物质所构成的电容器。通常把组成电容器的两块导电平板称为极板，而把中间的绝缘物称为电介质。电容器有时简称电容，以字母C表示。
对于结构一定（指极板间距一定，极板面积一定及介质一定）的电容器，其中任意一个极板所储存的电量与两极间电压的比值就是一个常数。我们把这个比例常数称为电容器的电容量，简称电容，也以字母C表示。其数学式为：
C=Q/U（2-24）
式中Q——一个极板上所储存电量的绝对值，C；
U——两极板间电压的绝对值，V；
C——电容量，F。
电容量的单位是法拉，简称法，用字母F表示。在实际工作中常用较小单位微法(μF)和皮法(pF)。
1 μF=10-6 F
1 pF=10-6 μF=10-12 F
值得注意，虽然电容器和电容量都可简称电容，也都可以用C表示，但电容器是储存电荷的容器，而电容量则是衡量电容器在一定电压下储存电荷能力大小的物理量，两者不可混淆。
电容器种类繁多，按电介质的不同，可分为空气、云母、纸质、陶瓷、涤纶、玻璃釉、电解电容器等；按结构不同，又可分为固定电容器、可变电容器和半可变电容器三种。
2 电容器的连接
1) 电容器的并联
两个或两个以上的电容器，接在相同的两点之间的连接方式称为电容器称为并联。
并联电容器有以下几个特点：
(1） 每个电容器两端的电压相同，并等于外加电压U，即
U=U1=U2…=Un（2-25）
(2） 各并联电容器的等效电容器所带电量Q等于各个并联电容器所带电量之和，即
Q=Q1+Q2+…+Qn（2-26）
(3） 并联电容器的等效电容量（总容量）C等于各并联电容的容量之和，即
C=C1+C2+…+Cn（2-27）
因此在电容量不足的情况下，可用几个电容器并联使用，但最高工作电压不得超过并联电容中额定工作电压的最低数。如20 μF/300 V和20 μF/450 V两个电容器并联使用时，其等效电容为40 μF，而最高工作电压为300 V。
2) 电容器的串联
两个或两个以上的电容器依次相连，中间无分支的连接方式称为电容器的串联。
串联电容器有以下几个特点：
(1） 每个电容器上所带电量都相等，并等于电容器串联后的等效电容器上所带电量Q，即
Q=Q1=Q2=…=Qn（2-28）
(2） 串联电容两端的总电压U等于每个电容器两端的电压之和，即
U=U1+U2+…+Un（2-29）
每个串联电容器两端实际分配到的电压与电容量成反比，即容量越大的电容器所分配到的电压越小；容量越小的电容器所分配到的电压反而越大；容量相等的电容器串联使用时，每个电容量所分配到的电压相等。
对于两个电容C1和C2串联时，其等效电容为：
C=C1C2/(C1+C2 )（2-30）
串联电容器的等效电容量总是小于其中任一串联电容的电容量。
电容器两端的电压是随着电荷的储存和释放而变的。当电容器中无储存电荷时，其两端的电压为零；当储存的电荷逐渐增加时，其两端的电压逐渐升高，最后等于电源电压；当电容器释放电荷时，其两端的电压逐渐下降，最后为零。
电容器是储存电荷还是释放电荷，都需要一定时间才能完成。时间的长短只与电容量C和电路中的总电阻R有关。通常把τ=RC称为电容器充放电的时间常数，若R的单位为欧姆，C的单位为法拉，则τ的单位就是秒。一般认为电容器充放电需要（3～5）τ的时间就能完成。
当电容器充电结束时，电容器两端虽然仍加有直流电压，但电路中的电流却为零，这说明电容器具有阻隔直流电的作用。若电容器不断充放电，电路中就始终有电流流过，这说明电容器具有能通过交变电流的作用，通常称这种性质为隔直通交。

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