電容器的電容

電容器電容的定義

小玻璃杯只能裝少量水，大玻璃杯可以裝更多水。玻璃杯的體積越大，能裝的水就越多。因此，每個玻璃杯都有其特定的容量或尺寸，決定了它能容納多少水。與玻璃杯類似，電容器也能儲存電荷和電位。電容器儲存電荷和電位能的能力稱為電容。

影響電容的因素

玻璃杯盛水的能力取決於玻璃杯的體積。那麼電容器呢？決定電容器儲存電荷能力的因素是什麼？

旁邊的圖示是一個簡單的電容器，由兩塊相距一定距離的導電板組成。在連接到電壓源（例如電池）之前，這兩塊導電板均未充電。然後，用電纜將其中一塊導電板連接到電池的正極，另一塊導電板連接到電池的負極。

連接到電池正極後，電池的正電荷會吸引極板上的負電子，使電子向電池正極移動。這導致極板缺少電子（負電荷）而質子（正電荷）過剩，使極板帶正電。

將極板連接到電池負極後，極板上的正電荷會吸引電池負極上的負電子，使電子向極板移動。這導致極板上的電子過載，從而使極板帶負電。當兩極板之間的電位差等於電池兩極之間的電位差時，電子在極板和電池之間的移動過程就會停止。

如何增加兩個導體極板上的電荷量？換句話說，如何讓電子在電池正極之間來回移動？電子位移只有在電池兩極之間的電位差大於兩個導體之間的電位差時才會發生。為了使電子再次移動，從而增加每個導體極板上的電荷量，需要用一個具有更大電位差的電壓源來替換電池。當電壓源的電位差等於電容器的電位差時，電子位移停止。因此，如果電壓源的電位差大於電容器的電位差，則電容器的電位差也必須大於電壓源的電位差。

基於上述分析，可以得出結論：每個導體極板上儲存的電荷量越大，兩個導體極板之間的電位差就越大。因此，電荷量 (Q) 與電位差 (V) 成正比。電荷量與電位差之間的關係如下式所示：

Q α V

透過加入常數 C，上述比較可以轉換為方程式：

Q = CV 或 C = Q / V

Q = 電荷量（庫侖），V = 電位差或電壓（伏特），C = 常數，稱為電容器電容。

電容值與電荷量和電壓無關，而是取決於導體極板的形狀和尺寸。平行板電容器部分解釋了電容值取決於導體極板形狀和尺寸的數學證明。此部分假設兩導體之間為真空。

電容器的電容也取決於兩塊導體極板之間的材料性質。這兩塊導體極板之間的材料稱為電介質。有關含有電介質的電容器的電容，將在介電常數部分進行深入討論。

電容單位

電荷的單位是庫侖，電位差的單位是伏特，這都是基於上述電容公式。電容的單位是庫侖每伏特 (C/V)，也稱為法拉德 (F)，它來自英國科學家邁克爾法拉第 (1791-1867) 的名字。因此，1 法拉德 = 1 庫侖/伏特。

假設一個電容值為 2 法拉的電容器，其一個極板上儲存 +2 庫侖的電荷，另一個極板上儲存有 -2 庫侖的電荷。兩個極板之間的電位差為 1 伏特。如果將 12 伏特的電池連接到該電容器，則其中一個極板的電荷量為 Q = CV = (2) (12 伏特) = +24 庫侖，而另一個極板的電荷量為 -24 庫侖。

請注意，法拉是一個巨大的電容單位，因此通常使用較小的單位，即微法（μF，10⁻⁶^法拉）或皮法（pF，10⁻¹²^法拉）。關於法拉是一個巨大的單位，我們在平行板電容器的章節中討論過相關的數學計算。