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基本電學

基本電學. 靜電與電容. 靜電. 電場 電場強度( E) 電力線 高斯定律 電通量 ( Ψ) 電通密度( D) 電位( V). 電場. 電場的定義：帶電體(或電荷)的週圍就是一個電 場，即凡電力線所經過之處就是電 場。 二．物體帶電的情形： (1) 絕緣體帶電，電荷只能停留於原處，不能傳至他處。 (2) 導體帶電，電荷分佈於導體表面上。. 電場強度( E). 1．單位電荷在電場中所受之作用力稱為電 場強度( E)。 2． 電場強度是一個向量，具有大小與方向 。

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Presentation Transcript

  1. 基本電學 靜電與電容

  2. 靜電 • 電場 • 電場強度(E) • 電力線 • 高斯定律 • 電通量(Ψ) • 電通密度(D) • 電位(V)

  3. 電場 電場的定義：帶電體(或電荷)的週圍就是一個電 場，即凡電力線所經過之處就是電 場。 二．物體帶電的情形： (1) 絕緣體帶電，電荷只能停留於原處，不能傳至他處。 (2) 導體帶電，電荷分佈於導體表面上。

  4. 電場強度(E) 1．單位電荷在電場中所受之作用力稱為電 場強度(E)。 2．電場強度是一個向量，具有大小與方向 。 3．數個電場強度同時作用於一點，則該點 之電場強度為數個電場強度之向量和。

  5. 電力線 1．電力線為一假想的線,用以描述電場分佈情形, 其切線方向,即為電場的方向.又稱為電通，電 場中電場強度大的，其電通密度亦大，電力線 也多。 2．電力線的方向為高電位指向低電位。 3．電力線本身有收縮力，彼此有排斥力。 4．電力線絕不相交。 5．與電力線垂直的線或面稱為等位線或等 位面。

  6. 電力線分佈情形 • 獨立電荷

  7. 兩相異電荷 

  8. 兩相同電荷 

  9. 不規則帶電體

  10. 平行板

  11. 高斯定律 1．凡穿過高斯封閉面的電力線出去的與進 去的抵消所得淨電力線數與高斯封閉面 內正電荷與負電荷抵消所得淨電荷庫侖 數相等。 2．在CGS制，自Q靜庫正電荷發出之電力 線數為4πQ根。 3．在MKS制，自Q庫侖正電荷發出之電力線數 為Q根，即1庫侖為1根電力線。

  12. 電通量(Ψ) 定義：通過電場中的電力線總數即電通量 (1)Q庫侖電荷產生之電通量 =Q庫侖 (2)Q靜庫電荷產生之電通量 =4 Q線

  13. 電通密度(D) 1．單位面積垂直穿過的電通稱為電通密度 2．當電通垂直穿過平面時 D = Ψ / A 斜斜穿過平面時，D = Ψ．Sinθ / A 3．電通密度D與電場強度E成正比，其比 值稱為介電係數ε。 4．距離點電荷Q靜庫為R公分處之電通密 度 D = Q / R^2 5．距離點電荷Q庫侖為R米處之電通密度 D = Q / (4πR^2)

  14. 電位 1．電位之定義：單位電荷在電場中所具有 的位能稱為電位，即電位 V = W / Q。 2．電位為無向量，只有高低之分而無方向 性，若某點具有數個電位時，該點之電 位為諸電位之代數和。 3．正電荷產生正電位，若正電荷沿電場方向移 動則正電荷做功而放出能量，位能減少，電 位降低，若逆電場方向移動，外界對正電荷 做功，正電荷吸收能量，位能增加，電位升高。

  15. 兩點電荷Q1及Q2相距r米，雖兩者所具電量不等，但兩者所具有之位能相等，且均等於W = (1 / 4πεo) ．(Q1Q2 / r) • V = W / Q = Q / εr ．R

  16. 電容器 • 兩極板間,隔以絕緣物質,使能達到儲存電 荷能力的元件稱之。

  17. 電容器的重要規格 (1)電容量：電容器儲存電荷的能力,法拉(F)為單位,常用則以微法拉(uF),微微法拉(PF)為主. (2)使用電壓：有工作電壓(WV),突波電壓(SV)或峰值電壓(PV) (3)電容量誤差值：通常以%來表示,如100 uF 5%. (4)使用溫度：通常以0C表示. (5)絕緣電阻值：電容器直流測試電阻值.此值通常都很高.

  18. (6)直流漏電電流值：電容器絕緣電阻愈高,則漏電流就愈小.(6)直流漏電電流值：電容器絕緣電阻愈高,則漏電流就愈小. (7)容許漣波電流值：非直流電中的交流成分. (8)衝擊電流或電壓：短時間變動之大電流或高電壓. (9)介質材料：電容器填充介質材料的不同,直接影響電容器的特性如體積.耐壓.漏電流,穩定度....等.

  19. 電容器的種類 依使用功能可分為固態電容器及可變電容器兩種

  20. a.紙質電容器(   paper capacitor) b.雲母電容器( mica capacitor) c.陶瓷電容器(ceramic capacitor) d.鋁質電解電容器 e.鉭質電解電容器 f.薄膜電容器 g.交流油質電容器 h.直流油質電容器 固態電容器

  21. 可變電容器 a.空氣可變電容器( air variable capacitor) b.雲母修整電容器( cmica trimmer capacitor) c.陶瓷修整電容器(ceramic trimmer capacitor) d.空氣修整電容器(air trimmer capacitor)

  22. 電容器的符號 (1)固定電容器: 或 (2)電解質電容器: (3)可變電容器:

  23. 電容器的辨識 1．直接標示法: 較大體積電容器用之.如鋁質電解電容器,長腳表示正極(+)

  24. 2．代碼標示法:如陶瓷及薄膜電容器常用之

  25. 電容量 定義： 電容量即為電容器極板間儲存電量的大小與兩端電位差的比值.即 C = Q / V

  26. 與電容器容量大小有關的因素 電容器電容量大小與兩極板的截面積成正比,與距離成反比,與充填介質的介質係數成正。 C = Eo*A / d = ε0εr A / d

  27. 充電特性: 將開關S切至a點 1．充電瞬間(t=0),因 VC=0,故充電電流, 此時電流最大,時間 愈長VC愈高,I1則愈 小. 電容器的充放電

  28. 經過一段長時間(約5R1C),則電容器充飽,此時VC近似於E，I1近似於0。經過一段長時間(約5R1C),則電容器充飽,此時VC近似於E，I1近似於0。

  29. 放電特性: 當電容器充飽後,將開關S切至b點。

  30. 放電瞬間(t=0)因VC=E， 故放電電流 I2 = E / R2, 此時最大時間愈長VC 愈小 ,I2則愈小.

  31. 放電經過一般長時間 (約5R2C),則電容器放電 完畢,此時Vc近似於0， I2也幾乎為0

  32. 電容的儲能特性 • 因C = Q / V,所電容器充電之電量與電壓成線性關係變化

  33. 電容器的串聯

  34. 1．總電量=各串聯電容器之電量,即 QT=Q1=Q2=Q3.... 2．總電壓=各串聯電容器電壓和,即 E=V1+V2+V3.... 3．總電容量的倒數=各串聯電容量倒數和, 即 1 / CT = 1 / C1 + 1 / C2 +……… 4．總能量=各串聯電容能量和, 即 WT=W1+W2+W3....

  35. 電容器的並聯

  36. 1．總電量=各並聯電容器電量和,即 QT=Q1+Q2+Q3...  2．總電壓=各並聯電容器之電壓,  即 E=V1=V2=V3.... 3．總電容量=各並聯電容器電容量之 和,  即CT=C1+C2+C3.... 4．總能量=各並聯電容能量和,即 WT=W1+W2+W3....

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