電容器的特性

今期筆者將會(huì)延續(xù)上期，為讀者介紹電容器的特性，其次亦會(huì)詳細(xì)解釋一下電容器的運(yùn)作。

各位還記得上一期將電容器儲(chǔ)電及放電的實(shí)驗(yàn)嗎？有沒(méi)有想過(guò)為何實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)是這樣呢？在解釋這個(gè)結(jié)果之前，

筆者必須講解另一個(gè)重要的課題──電位能

（Electric potential energy）。

不 知道各位有沒(méi)有見(jiàn)過(guò)公園的瀑布水池呢？水流會(huì)由瀑布的頂部流到下面的水池或河流，這情景可以描述為水流由上而下的流動(dòng)過(guò)程中，水流將本身的位能

（Potential energy）釋放出來(lái)。在電子線路的情形也是一樣。舉例說(shuō)，在電子線路內(nèi)每當(dāng)電流由電池流經(jīng)線路內(nèi)每個(gè)組件的時(shí)候，電流內(nèi)的電荷（Electrical

charges）便能將所?載的能量消耗在該組件內(nèi)，情形就好比瀑布里的水流經(jīng)由某個(gè)高度流到另一個(gè)較低的位置一樣。而最后，當(dāng)電流通過(guò)所有組件之后，電 荷內(nèi)的

所有電位能便完全消耗掉，情形就好比瀑布的水到達(dá)水池或河流。

在物理學(xué)的定義里，電位能的單位為焦耳（Joules）。而日常生活中所說(shuō)的電壓（Voltage），所描述的是電流內(nèi)每個(gè)電荷所?載的電位能（Joules per coulomb）。

對(duì)電位能和電壓有所認(rèn)識(shí)，才可以進(jìn)一步解說(shuō)電容器的運(yùn)作。

在 上一期的實(shí)驗(yàn)里，當(dāng)電流流經(jīng)電容器的時(shí)候，電容器會(huì)阻隔電流之余亦會(huì)將正電荷儲(chǔ)起。

隨著電容器的電壓跟電池的電壓變得接近時(shí)，電流便會(huì)漸漸減弱，亦令 LED的光線漸漸減

弱。而到最后電流停止， LED的光線亦會(huì)隨之消失。這時(shí)候，電容器的正極便會(huì)儲(chǔ)存了正電

荷，而負(fù)極便儲(chǔ)存了負(fù)電荷。將電池掉換為電阻器之后，由于線路里再?zèng)]有其他電源或組件

擁有 同樣的電壓，因此電容器內(nèi)的正電荷便會(huì)向外流出，形成電流，遂令LED再次短暫發(fā)

光。當(dāng)正電荷流到電容器的負(fù)極時(shí)，會(huì)中和當(dāng)中的負(fù)電荷。而當(dāng)電容器的兩極 電壓變得相等

時(shí)，亦代表所有正電荷經(jīng)已完全流出，因此電流再度停止，令LED的光線又再一次消失。

圖右 : 將上期的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)化為圖 a ) 那樣。電池不斷放出電流 圖 b) ，直到電容兩極間的電壓相

等 圖 c) 。然后將電池拿走，換作電阻器。于是電流再一次出現(xiàn)，由電容器的正極流向負(fù)極

圖 d)。當(dāng)電容器兩極電壓變得相等時(shí)，電流便消失 圖 e)。

至于電容器能夠儲(chǔ)存電荷，乃是因?yàn)閮蓧K金屬片之間并沒(méi)有任何導(dǎo)電體相連。而兩塊金屬片

之間的電位能不同（兩塊金屬片正好連接電池的兩端），于是當(dāng)電 流到達(dá)金屬片時(shí)電荷便會(huì)

停留在金屬片上，即使之后再?zèng)]有任何電流到達(dá)金屬片，電荷仍不會(huì)流走，而能量便以電場(chǎng)

（Electric field）的形式儲(chǔ)在電容器內(nèi)。

解答了上期所問(wèn)的問(wèn)題后，接下來(lái)會(huì)再進(jìn)一步深入介紹電容的特性。量度電容器能儲(chǔ)存電荷

的容量的數(shù)值稱為電容值或電容量，單位為法拉（F）。在實(shí)際電 子線路應(yīng)用上，通常只會(huì)用pF或μF（p=10-9,μ=10-12）。電容值的大小，會(huì)受以下因素影響： 1.

電容的結(jié)構(gòu)：

今期的內(nèi)容可能較為學(xué)術(shù)性，對(duì)部份讀者來(lái)說(shuō)較為深?yuàn)W。但讀者需要明白，電子學(xué)也是科學(xué)的一種，任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果背后都有一套理論去解釋這些現(xiàn)象。因此， 筆者為

大家解答疑問(wèn)的時(shí)候，少不免需要接觸到一些科學(xué)理論。讀者遇到不明白的地方，可以向校內(nèi)的有關(guān)老師求教。筆者日后會(huì)繼續(xù)努力，以生動(dòng)的方式講解各種 有關(guān)電

子學(xué)的理論。下期筆者會(huì)繼續(xù)談?wù)撾娮咏M件的應(yīng)用。