金屬化薄膜電容器,為什么電容器能夠通交流電,阻直流電?
前面,我們了解了電容器的本質(zhì),相信大家還不是很能理解為什么電容器能夠通交流電,阻直流電,現(xiàn)在,我們就來通過實(shí)驗(yàn)詳細(xì)了解一下。
電容器特點(diǎn)是通交流電,阻直流電;電感器特點(diǎn)是通直流電,阻交流電。 物理學(xué)只介紹了上述現(xiàn)象,教科書從來不講授這些特性產(chǎn)生的內(nèi)在原因。這種別有用心的回避,隱含著心虛、猥瑣。 電容器的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,把兩個(gè)平行的金屬板A、B相互接近,就組成了最基本的電容器。
實(shí)驗(yàn)事實(shí):把A板攜帶電荷,A板內(nèi)就產(chǎn)生了靜電電壓。把A移向原來不帶電的B板,A板的電壓會(huì)立即下降,電容量增大,又可以容納更多的電荷。上述實(shí)驗(yàn)中,A的電荷并沒有減少,電壓為什么會(huì)降低?現(xiàn)行的教材說是因?yàn)橛挟愄?hào)電荷的接近。異號(hào)電荷的接近電壓降低是現(xiàn)象,內(nèi)在的機(jī)理是什么?當(dāng)今物理信奉自由電子理論、連電壓的形成都用心回避,當(dāng)然不可能來解讀這電壓的降低,更不可能從內(nèi)在機(jī)理,從物質(zhì)結(jié)構(gòu)來剖析電容器特性的形成。
大家都知道,金屬導(dǎo)體容納了外來電荷,多出電子的擠占、缺少電子的就挪用,造成金屬體內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的混亂,非常規(guī)運(yùn)動(dòng)的電子伴生著的非常規(guī)的電磁波,這樣的波在金屬體內(nèi)傳導(dǎo)就形成了金屬導(dǎo)體的靜電電壓。故而電容與電壓相依相存、直接相關(guān),回避物質(zhì)內(nèi)電壓的形成,電容也就無從談起。同時(shí)電壓波能夠穿透金屬,在金屬體外表現(xiàn)為電場(chǎng)。
繼續(xù)實(shí)驗(yàn): 把導(dǎo)電體A移向原不帶電的導(dǎo)體B,此時(shí)A的電壓會(huì)降低、電容器的電容量會(huì)繼續(xù)增大,而且電容量會(huì)增大許多倍。這是因?yàn)椋喊褜?dǎo)電體A移向接近原不帶電的導(dǎo)體B,A的外電場(chǎng)進(jìn)入到B,靜電感應(yīng)使A、B的接近處聚積著異號(hào)電荷。此時(shí),A原來所攜帶的大部分非常規(guī)電荷都轉(zhuǎn)移到A、B的接近處,并與對(duì)面B處的異號(hào)電荷面對(duì)面穩(wěn)定地相互吸引著,這樣導(dǎo)體A內(nèi)的其他地方非常規(guī)的電子減少,非常規(guī)的電子運(yùn)動(dòng)伴生的波就較少,導(dǎo)致了金屬板A的電壓降低。原來導(dǎo)體A所攜帶的大部分電荷都轉(zhuǎn)移到A、B的接近處,一是電壓降低,二是騰出的空間又可以接納更多的外來電荷,所以電容量也成倍增加。
實(shí)用的電容器是在兩金屬箔片之間夾上一層絕緣物質(zhì)(電介質(zhì)),如陶瓷、云母、塑料等。這些絕緣薄膜是由數(shù)百個(gè)原子有機(jī)結(jié)合而成的大分子聚合物,電介質(zhì)表面容易積聚電荷(容易產(chǎn)生、聚集靜電)。電介質(zhì)薄膜置于金屬箔片之間,能夠使金屬片距離更近,能更多的吸引并聚集兩邊金屬的電荷,非常規(guī)運(yùn)動(dòng)的電荷在此有了安身之地,于是電容器電壓進(jìn)一步降低,可以容納更多的電荷——電容量增大。
再回到本文的開頭,為什么電容器能夠通交流電,阻直流電?電容器的A、B間有間隙,之間電介質(zhì)是絕緣的,所以直流電壓波不能通過、電子不能通過;直流電所伴生的電磁波的集合是穩(wěn)定磁場(chǎng),穩(wěn)定磁場(chǎng)不能推動(dòng)電子的非常規(guī)運(yùn)動(dòng)。在電容器面前電子過不去;穩(wěn)定磁場(chǎng)又不能形成電壓波,所以直流電被完全阻斷。而交流電是電子在交流電壓波的作用下作出振蕩,不是電子在全程流動(dòng),交流電伴生的是電壓波(變化磁通),電壓波會(huì)超出金屬體之外、穿越電介膜,進(jìn)入到很近的另一極金屬箔,推動(dòng)另一極金屬箔內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)。在電壓波的作用下,電容器另一極金屬的電子都隨之運(yùn)動(dòng),如同導(dǎo)通一樣,所以電容器沒有阻斷交流電。在自由電子理論中電子是導(dǎo)電的主體,自由電子如何通過絕緣的電介質(zhì)、電流如何在電容器另一極產(chǎn)生?自由電子導(dǎo)電與電容器導(dǎo)通交流電的事實(shí)格格不入、全然無法解釋交流電在絕緣的電介質(zhì)之間通行自如事實(shí)——只有回避。