电容器的电容

电容器电容的定义

小玻璃杯只能装少量水，大玻璃杯可以装更多水。玻璃杯的体积越大，能装的水就越多。因此，每个玻璃杯都有其特定的容量或尺寸，决定了它能装多少水。与玻璃杯类似，电容器也能储存电荷和电势能。电容器储存电荷和电势能的能力称为电容。

影响电容的因素

玻璃杯盛水的能力取决于玻璃杯的体积。那么电容器呢？决定电容器储存电荷能力的因素是什么？

旁边的图示是一个简单的电容器，由两块相距一定距离的导电板组成。在连接到电压源（例如电池）之前，这两块导电板均未充电。然后，用电缆将其中一块导电板连接到电池的正极，另一块导电板连接到电池的负极。

连接到电池正极后，电池的正电荷会吸引极板上的负电子，使电子向电池正极移动。这导致极板缺少电子（负电荷）而质子（正电荷）过剩，从而使极板带正电。

将极板连接到电池负极后，极板上的正电荷会吸引电池负极上的负电子，使电子向极板移动。这导致极板上的电子过载，从而使极板带负电。当两极板之间的电势差等于电池两极之间的电势差时，电子在极板和电池之间的移动过程就会停止。

如何增加两个导体极板上的电荷量？换句话说，如何使电子在电池正极之间来回移动？电子位移只有在电池两极之间的电势差大于两个导体之间的电势差时才会发生。为了使电子再次移动，从而增加每个导体极板上的电荷量，需要用一个具有更大电势差的电压源来替换电池。当电压源的电势差等于电容器的电势差时，电子位移停止。因此，如果电压源的电势差大于电容器的电势差，则电容器的电势差也必须大于电压源的电势差。

基于以上分析，可以得出结论：每个导体极板上存储的电荷量越大，两个导体极板之间的电势差就越大。因此，电荷量 (Q) 与电势差 (V) 成正比。电荷量与电势差之间的关系如下式所示：

Q α V

通过添加常数 C，上述比较可以转化为方程：

Q = CV 或 C = Q / V

Q = 电荷量（库仑），V = 电势差或电压（伏特），C = 常数，称为电容器电容。

电容值与电荷量和电压无关，而取决于导体极板的形状和尺寸。平行板电容器部分解释了电容值取决于导体极板形状和尺寸的数学证明。该部分假设两导体之间为真空。

电容器的电容还取决于两块导体极板之间的材料性质。这两块导体极板之间的材料称为电介质。有关含有电介质的电容器的电容，将在介电常数部分进行深入讨论。

电容单位

电荷的单位是库仑，电势差的单位是伏特，这都基于上述电容公式。电容的单位是库仑每伏特 (C/V)，也称为法拉德 (F)，它来源于英国科学家迈克尔·法拉第 (1791-1867) 的名字。因此，1 法拉德 = 1 库仑/伏特。

假设一个电容值为 2 法拉的电容器，其一个极板上存储有 +2 库仑的电荷，另一个极板上存储有 -2 库仑的电荷。两个极板之间的电势差为 1 伏。如果将 12 伏的电池连接到该电容器，则其中一个极板的电荷量为 Q = CV = (2) (12 伏) = +24 库仑，而另一个极板的电荷量为 -24 库仑。

请注意，法拉是一个巨大的电容单位，因此通常使用较小的单位，即微法（μF，10⁻⁶^法拉）或皮法（pF，10⁻¹²^法拉）。关于法拉是一个巨大的单位，我们在平行板电容器的章节中讨论过相关的数学计算。