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Q A &問：電容基礎知識

電容是以電場的形式儲存電能的裝置。這個過程與機械彈簧以彈性材料變形的形式儲存能量的方式非常相似，在某種程度上，描述兩者的數學是非常相似的，除了使用的變量。事實上，這種相似性可能是電氣或機械工程專業的學生經常覺得其他人的研究晦澀難懂的部分原因;“v”對電子工程師，來說意味著“電壓”，但對機械工程師來說，意味著“速度”。對電子工程師，其表示的彈簧可能看起來很的電感器，等等。

工程師們，請注意!

平行板電容的概念通常被用作解釋大多數實用電容結構的起點。它由兩個相互平行放置的導電電極組成，并由絕緣體隔開，絕緣體通常是幾種聚合物、陶瓷材料、金屬氧化物、空氣或偶爾的真空中的一種。

這種電容的值，本質上是機械頭腦的“彈簧常數”，當極板之間的分離距離相對于它們的面積很小時，可以用下面的公式近似求得。但需要注意的是，按照慣例，機械彈簧常數和電容值是用維數的倒數表示的;機械彈簧常數通常用單位位移的力來表示(如牛頓每米或磅力每英寸)，而電容值則用單位力的位移來表示，即庫侖每伏。

實際上，板材不需要是平的;卷、折疊、揉皺、堆疊、切片、切丁和切絲的幾何形狀也可以，盡管隨著幾何形狀變得更加復雜，所涉及的數學可能會變得相當混亂。

因此，為了制造一個具有更大值的電容，可以使用面積更大的板，減少分離距離(即介電材料的厚度)或增加材料的介電常數。要搞清ε₀是一件相當困難的事情。

但是這個“介電常數”到底是什么東西呢?非常好的問題; 它本質上是材料的一種特性，描述它們在外加電場的存在下，通過多種機制中的任何一種，變得電極化的能力。這些機制可能是在原子水平上，原子原子核周圍的電子云發生位移，導致原子的一側帶有輕微的正電荷，而另一側則帶有相應的負電荷。它也可以發生在分子水平上，由于電極性分子的方向變化響應于施加的場，或者通過分子內原子之間的鍵的彎曲和拉伸，非常像機械彈簧中的材料彎曲或拉伸。

假設原子情況下的電子不會“被吹走”并與相鄰的原子核重新結合，并且在分子情況下，分子不會被電場的力撕裂，那么材料就會起到絕緣體的作用;當施加電場時，它不支持持續的電荷流動，盡管由于電子在原子周圍的移動或分子的重定向/扭曲，它確實有效地允許一些電荷在電場建立時流動。移除外加電場會讓電介質中的電子回到它們所附著的原子核周圍的正態分布，或者讓物質中的分子回到它們原來的隨機方向或形狀。在這樣做的過程中，當施加電場時流過電容的大部分電荷又返回到電路中，以相反的方向流動。

材料的(相對)介電常數描述了材料促進這種暫時電流流動的程度，相對于真空促進這種流動的程度。在給定的面積、分離距離和施加場強下，允許與真空相同的電荷轉移量的材料的介電常數為1，允許兩倍于真空的電荷轉移的材料的介電常數為2，等等。

不同電容類型的細微差別在很大程度上取決于所使用的電介質的特性和構造給定器件的方法。所有的介電材料都有局限性，在給定的材料厚度下，它們所能承受的最大外加電場，它們的介電常數，介電材料和電極中發生的損耗，以及當外加電場恒定時流過或“漏出”介電材料的電流的大小。