电工电子技术与技能教学课件 PPT 作者 陈振源 第2章电容与电感.ppt

第2章 电容与电感,知识目标 ● 了解电容的概念，了解电容器的种类、参数和充放电特性 ● 了解电感的特性，了解电感器的种类和参数 ● 了解磁场和电磁感应基本现象技能目标 ● 识别电容器、电感器，能根据元件的标注读出主要参数 ● 会用万用表对电容器、电感器进行简单测量2.1 电容,2.1.1 电容的概念 1．电容效应 两个导体中间用绝缘物质隔开就构成电容器 通常将组成电容器的两个导体叫做极板，中间的绝缘物质叫做电容器的介质，常见的介质有空气、蜡纸、云母等2．电容量 对某一个电容器而言，极板上的电荷量Q与电压U的比值是一个常数，该常数可表征电容器储存电荷的能力，因此把它定义为电容器的电容量，定义式为,,电容器的电容量C越大，则表明能存储的电荷量越多 不同的电容器储存电荷的本领是不一样的，其电容量C是取决于器件的结构，与外加的电压无关2.1.2 电容器的参数和种类 1．电容器的参数 电容器的参数主要有电容器的额定工作电压、标称容量和允许误差，通常都标注在电容器的外壳上，,2．电容器的种类 根据使用场合和技术要求，人们生产的电容器种类很多 按电容器的介质材料不同，可分为铝电解电容、瓷片电容、钽电容、涤纶电容等，实物外形如图2.4所示。

图2.4 不同介质的电容器,按电容的容量能否变化来分，可分为固定电容、半可变电容、可变电容等，可变电容实物外形如图2.5所示图2.5 可变电容器,2.1.3 电容器的充电和放电,图2.6 电容器充电、放电实验,1．电容器的充电过程 （1）小灯泡EL开始较亮，然后逐渐变暗，经过短短的一段时间，小灯泡EL不亮了； （2）电流表指针最初偏转一个较大的角度（电流较大），然后指针偏转逐渐减小，直到零位置，电容器充电过程结束2．电容器的放电过程 （1）小灯泡HL开始较亮，然后逐渐变暗，经过短短的一段时间后，小灯泡HL不亮了； （2）电流表指针最初偏转一个较大的角度（电流较大），然后逐渐向零位偏转，经过一段时间，电流表指针指零3．时间参数 时间参数反映了电容器的充电和放电时间的快慢 时间参数的计算公式为  = RC,2.1.4 电容器的连接 与电阻器一样，电容器也能串联、并联和混联连接 1．电容器的串联 将几只电容器头尾依次连接，称为电容串联电路，,图2.11 电容器串联电路,电容器串联的总容量的计算与电阻并联的总电阻的计算公式类似，则,,2．电容器的并联 将几只电容器的一个极板连接在一起，另一个极板连接在一起，称为电容并联电路。

图2.12 电容器并联电路,电容器并联时相当于增加了极板的面积，这就使并联电容器的总容量等于各个电容器的电容量的和，则 C = C1 + C2 + C3,2.2 电磁基础知识（选学）,2.2.1 磁场 1．磁铁的磁场 把两个磁铁的磁极靠近时，它们之间会产生相互作用的磁力磁极之间没有接触，在磁场中画出一系列带箭头的曲线，使这些曲线上每一点处跟箭头指向一致的切线方向，都和该点的磁场方向相同，这组曲线就叫做磁感应线或磁感线我们规定：在磁场中的某一点，小磁针北极所指的方向就是这一点的磁场方向 条形磁铁和U形磁铁的磁感线如图2.15所示图2.15 常见磁铁的磁感线,2．电流的磁场,图2.17 奥斯特实验,图2.18所示为直线电流的磁场的磁感线，是些以导线为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上图2.18 直线电流的磁场,图2.19所示为环形电流磁场的磁感线，是一些围绕环形导线的闭合曲线图2.19 环形电流的磁场,通电螺线管的磁感线方向跟电流方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的北极。

2.2.2 磁场的基本物理量 1．磁感应强度 在磁场中，通电导线受到的电磁力F的大小与磁感应强度B、导线的长度L、导线的电流I成正比 因此，定义磁感应强度,,图2.22 通电导线受力的作用,直导体上受的电磁力F方向可用左手定则来确定，如图2.23所示图2.23 电磁力的方向用左手定则判断,在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T 如果在磁场的某一区域内，各点的磁感应强度的大小和方向都相同，那么就把这个区域内的磁场叫做匀强磁场如图2.24所示，在N、S磁铁之间有疏密均匀、互相平行的磁感线区域，这就是匀强磁场区域图2.24 匀强磁场,2．磁通 磁通是描述磁场在某一范围内分布情况的物理量，用字母Φ表示 如图2.25所示,图2.25 通过截面的磁通量,3．磁导率 磁导率是表示物质导磁性能的物理量，用字母表示，单位为亨/米（H/m）2.2.3 电磁感应 电流和磁场是不可分的，变化的磁场能产生电动势和电流 我们把利用磁场产生电流的现象称之为电磁感应现象1．导线的电磁感应 闭合电路中的一段导线在磁场中切割磁感线时，导线内所产生的感应电动势与磁场的磁感应强度B、导线的有效长度l和导线切割磁感线的有效速度v的乘积成正比。

感应电动势的计算公式为 E = Blv,感应电动势的方向可用右手定则判定：伸开右手，让大拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体的运动方向，四指所指的就是感应电动势的方向，如图2.28所示图2.28 右手定则,2．线圈的电磁感应 将一条形磁铁的N极向下插入线圈时，检流计的指针向右偏转；当条形磁铁静止时，检流计不偏转；当把条形磁铁从线圈中拔出时，检流计的指针向左偏转下面利用该实验来研究线圈的电磁感应效应 感应电流产生的磁场对线圈中原磁通量的增加有阻碍作用图2.29 楞次定律,闭合回路中产生的感应电流的方向，总是要使它的磁场阻碍引起感应电流的原磁通量的变化，这就是楞次定律2.3 电感,2.3.1 线圈和电感 图2.33所示为常见的线圈外形及电路符号 通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感，用L表示，公式表示为,,图2.33 线圈实物,图2.34 线圈中的磁通,电感量为常数的电感称为线性电感 线性电感的电感量只与线圈的形状、尺寸、匝数、芯子材料的磁导率有关，与电流的大小无关2.3.2 电感元件的电流与电压 根据电磁感应定律，变化的磁场会产生感应电动势，线圈两端即具有电压，称为感应电压。

感应电动势的大小与电流的变化速度成正比 若自感电动势的参考方向的规定与线圈中电流的参考方向一致，则有,,2.3.3 电感器的参数和种类 1．电感器的参数 （1）标称电感量 （2）品质因数 （3）分布电容2．电感的种类 （1）空心电感线圈 （2）小型固定电感器图2.39 空心线圈,图2.40 小型固定电感器,（3）铁氧体磁芯线圈图2.41 铁氧体磁芯线圈,2.4 技能实训,任务一 电容器的放电实验（选做） 1．实训目的 通过电容器的放电实验，定性地验证存储电量Q与端电压U的基本关系2．器材准备 J1205直流高压电源（可输出100V、200V、300V的直流高压）、电压表、电容器（10F、22F和33F，耐压400V）、放电针3．实训相关知识 用直流高压电源为电容器充电，然后用放电针进行火花放电实验 电压表测量电容器两极的电压，通过放电针观察放电火花的强弱放电时电火花越强，则表明电容器所带的电量越多 通过改变电容两极的电压和更换不同规格的电容器进行对比性实验，定性地验证电量Q与电压U成正比，且比值是一个恒量C = Q/U4．实训内容与步骤 （1）电压对电容器充电的影响实验2）不同容量电容的对比性实验。

5．问题讨论 （1）对于一个确定容量的电容器，为什么充电电压越高，对应的放电火花也越强？ （2）对于图2.45所示的电容器放电实验电路，电容器充电电压一定的情况下，为什么电容C越大，放电火花越强？,任务二 电容、电感元件的识读和测量 1．实训目的 （1）学会根据电容器标志判读标称容量、允许偏差值及耐压；,（2）学会使用万用表检测、比较电容器电容量大小和检测电容器的质量优劣； （3）学会使用万用表检测电感器的质量2．器材准备 万用表、小容量电容器（200pF～0.047F）5只、大容量电容器（4.7～1 000F）5只，故障电容器（漏电、失去容量的电解电容器）2只、各类型电感器5只将所选电容器固定在练试板上，并在板上每个电容器处写出编号，如图2.46所示图2.46 电容器测试板,3．实训相关知识 （1）检测小容量电容器 （2）检测大容量电容器 （3）电解电容器的极性检测 （4）电感器的检测4．实训内容与步骤 （1）先根据练试板上各电容器的外表标志，按编号顺序分别读出电容量值、偏差允许值及耐压2）检测出电容器练试板上的漏电、失去容量的电解电容器，填写在表2.2中相应的备注格内 （3）指针式万用表置于R × 1Ω挡，通过测量各电感器的阻值来判断电感器的好坏，将检测结果填入表2.3中。

5．问题讨论 （1）检测大容量、高压电容器时，为什么应先将电容器的电极短路一下，然后再测量？ （2）如何从外观上辨认电解电容器的极性？,。