电容的原理什么？有什么作用？有哪些应用场景？

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电容的原理什么？有什么作用？有哪些应用场景？ — 主板上焊接着几个电容器，就是这些小小的圆柱形电子元件。

在某种程度上，电容器有点像电池。尽管它们的工作方式完全不同，但电容器和电池都能储存电能。如果你读过《电池工作原理》，就会知道电池有两个电极。在电池内部，化学反应会在一个电极上产生电子，当形成电路时，另一个电极会吸收这些电子。电容器比电池简单得多，因为它不能产生新的电子——它只能储存电子。之所以称为电容器，是因为它有储存能量的“能力”。

文章目录

1 电容器有点像电池。
2 电容电路
3 电容像水塔一样
4 计量单位法拉
5 电容的应用
6 电容器的历史
7 电容器常见问题解答
8 参考来源

电容器有点像电池。

在本文中，我们将确切了解电容器是什么、它的作用以及在电子设备中的应用。我们还将回顾电容器的历史，以及一些人是如何推动其发展的。

电容器可以被制造用于各种用途，从计算器中最小的塑料电容器，到可为通勤巴士提供动力的超级电容器。

以下是一些不同类型的电容器及其用途：

空气电容器：常用于无线电调谐电路；

聚酯薄膜电容器：最常用于时钟、闹钟和计数器等定时器电路；

玻璃电容器：适用于高压应用；

陶瓷电容器：用于天线、X射线机和核磁共振成像（MRI）机等高频用途；

超级电容器：为电动和混合动力汽车提供动力。

在电容器内部，电极连接到两块被非导电物质（即电介质）隔开的金属板上。你可以很容易地用两片铝箔和一张纸（再加上一些电夹）制作一个电容器。就储存容量而言，它不会是一个特别好的电容器，但它能起作用。

理论上，电介质可以是任何非导电物质。然而，在实际应用中，会使用最适合电容器功能的特定材料。云母、陶瓷、纤维素、瓷器、聚酯薄膜、特氟龙，甚至空气都是所使用的一些非导电材料。电介质决定了电容器的类型以及它最适合的用途。根据电介质的尺寸和类型，一些电容器更适合高频用途，而一些则更适合高压应用。

电容电路

当你将一个电容器连接到电池时，会发生以下情况：

电容器上连接电池负极的极板接收电池产生的电子。

电容器上连接电池正极的极板向电池失去电子。

一旦充电完成，电容器的电压与电池相同（电池电压为1.5伏时，电容器电压也为1.5伏）。对于一个小电容器来说，其容量很小。但大电容器可以储存相当多的电荷。你可以找到像汽水罐那么大的电容器，其储存的电荷足以让手电筒亮一分钟或更久。

甚至大自然也以闪电的形式展示了电容器的工作原理。一片云是一个极板，大地是另一个极板，闪电就是这两个“极板”之间释放的电荷。显然，那么大的电容器可以储存巨大的电荷！

假设你像这样连接一个电容器：

这里有一个电池、一个灯泡和一个电容器。如果电容器相当大，你会注意到，当你连接电池时，随着电流从电池流向电容器进行充电，灯泡会亮起。随着电容器逐渐充满电，灯泡会逐渐变暗，最后熄灭。如果你然后移除电池并用一根导线代替，电流将从电容器的一个极板流向另一个极板。灯泡最初会亮起，然后随着电容器放电而变暗，直到完全熄灭。

电容像水塔一样

一种将电容器的作用可视化的方法是将其想象成连接到管道的水塔。水塔“储存”水压——当供水系统的水泵产生的水多于城镇的需求时，多余的水就储存在水塔中。然后，在用水需求高峰期，多余的水从水塔流出以保持水压。电容器以同样的方式储存电子，然后可以在之后释放它们。

计量单位法拉

电容器的储存潜能，即电容，以法拉为单位进行测量。一个1法拉的电容器在1伏电压下可以储存1库仑（coo-lomb）的电荷。1库仑是6.25×10¹⁸（6.25乘以10的18次方，即62.5亿亿）个电子。1安培表示每秒1库仑电子的电子流速率，所以一个1法拉的电容器在1伏电压下可以容纳1安培-秒的电子。

一个1法拉的电容器通常会相当大。根据它能承受的电压，它可能像金枪鱼罐头或1升的汽水瓶那么大。因此，电容器通常以微法拉（法拉的百万分之一）为单位进行测量。

为了对法拉有个概念，考虑一下这个：

一个标准的碱性AA电池大约能储存2.8安培-小时的电量。

这意味着一个AA电池在1.5伏电压下可以在一小时内产生2.8安培的电流（大约4.2瓦特-小时——一个AA电池可以让一个4瓦特的白炽灯泡亮一个多小时）。

为了计算简便，我们假设为1伏电压。要在一个电容器中储存一个AA电池的能量，你将需要3600×2.8 = 10080法拉来储存它，因为1安培-小时等于3600安培-秒。

如果储存1法拉需要像金枪鱼罐头那么大的东西，那么10080法拉将占据比一个AA电池大得多的空间！除非在高电压下，否则使用电容器储存大量电能是不切实际的。

电容的应用

电容器和电池的区别在于，电容器可以在极短的时间内释放其全部电荷，而电池完全放电则需要几分钟。这就是为什么相机的电子闪光灯使用电容器——电池在几秒钟内为闪光灯的电容器充电，然后电容器几乎瞬间将全部电荷释放到闪光灯管中。这使得一个充满电的大电容器极其危险——由于这个原因，闪光灯装置和电视机都有关于打开它们的警告。它们包含的大电容器可能因其所带电荷而致人死亡。

电容器在电子电路中有以下几种不同的用途：

有时，电容器用于储存电荷以进行高速使用。闪光灯就是这样。大型激光器也使用这种技术来获得非常明亮、瞬间的闪光。

电容器还可以消除电纹波。如果一条传输直流电压的线路中有纹波或尖峰，一个大电容器可以通过吸收峰值和填补谷值来使电压平稳。

电容器可以阻断直流电压。如果你将一个小电容器连接到电池上，一旦电容器充电，电池两极之间就不会有电流流动。然而，任何交流（AC）信号都可以不受阻碍地通过电容器。这是因为随着交流电流波动，电容器会充电和放电，使得看起来交流电流在流动。

电容器的历史

电容器的发明归属在某种程度上取决于你询问的对象。有记录表明，一位名叫埃瓦尔德·格奥尔格·冯·克莱斯特（Ewald Georg von Kleist）的德国科学家于1745年11月发明了电容器。几个月后，莱顿大学（University of Leyden）的荷兰教授彼得·穆森布罗克（Pieter van Musschenbroek）发明了一种非常相似的装置——莱顿瓶（Leyden jar），它通常被认为是第一个电容器。由于克莱斯特没有详细的记录和笔记，也不像他的荷兰同行那样出名，他作为电容器发展的贡献者常常被忽视。然而，多年来，由于确定他们的研究是相互独立的，仅仅是一种科学巧合，两人被给予了同等的赞誉。

莱顿瓶通常被认为是第一个电容器。它是由莱顿大学的荷兰教授彼得·穆森布罗克发明的。

莱顿瓶是一种非常简单的装置。它由一个半装满水的玻璃瓶组成，瓶内外都衬有金属箔。玻璃充当电介质，尽管有一段时间人们认为水是关键成分。通常有一根金属丝或链条穿过瓶塞插入瓶内。然后将链条连接到可以提供电荷的东西上，很可能是手摇式静电发生器。一旦充电，瓶子将平衡地容纳两个相等但相反的电荷，直到用导线将它们连接起来，产生轻微的火花或电击。

本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）在他的电学实验中使用了莱顿瓶，很快发现一块扁平的玻璃和瓶子模型一样有效，这促使他开发了扁平电容器，即富兰克林方块（Franklin square）。多年后，英国化学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）在尝试储存实验中未使用的电子时，开创了电容器的第一个实际应用。这导致了第一个可用的电容器，它由大型油桶制成。法拉第在电容器方面的进展最终使我们能够远距离传输电力。由于法拉第在电学领域的成就，电容器的测量单位，即电容，被称为法拉。