CR · 电容的组合
电容的串并联
如果电阻的串并联规则你记得,电容却总弄混,只需记住一点:电容与电阻恰好相反。从极板面积学会为什么并联时容量相加、串联时倒数相加。
并联累加面积来增大容量
在 C1 = 4μF 上并联第二个电容 C2,滑动 C2。两块极板面积合并,并联容量 C_p = C1 + C2 立刻增大。同样两个串联得到的 C_s 总比任何一个都小。把 C2 调到使并联容量达到目标 10μF。
第二个容量 C2C2 = 2.0 μF
并联与串联容量
C_p = 6.0 μF · C_s = 1.3 μF
离 10μF 很远
并联时极板面积相加
电容的容量与极板面积成正比。在 C = εA/d 中,面积 A 加倍则容量加倍。把两个电容并联,同一电压加在两组极板上,就好像把极板加宽、把面积相加。所以并联容量直接相加:C_p = C1 + C2。更大的面积容纳更多电荷,所以合起来比任何一个都大。
串联时倒数相加
串联时同一电荷流过两个电容。电荷 Q 是共同的,而电压一分为二,V = V1 + V2,由于 V = Q/C,于是 Q/C_s = Q/C1 + Q/C2,即 1/C_s = 1/C1 + 1/C2。整理得 C_s = C1·C2/(C1+C2),所以串联容量总比两者中较小的还小。把极板间距 d 看作变长,容量减小就很自然。
与电阻恰好相反
电阻在串联时相加、在并联时倒数相加。电容把这两者互换:并联时相加,串联时倒数相加。同样的镜像关系也适用于电感——电感像电阻一样在串联时相加,电容则相反。拿不准时就想面积:并联是把极板加宽、把面积相加,所以容量增大。
观察Cp = C1 + C2
并联时容量相加。
选择1Cs = ?
串联时倒数相加。
填空Cs = ?
串联是积除以和。
自己来C ∝ ? (C = εAd)
容量与面积成正比。
回到第一屏
C2 越大,并联条立刻越长,在 C2 为 6μF 时达到 10μF(C1 = 4)。同样两个的串联条始终比两者中较小的还短。并联增大是因为把极板加宽、把面积相加;串联减小是因为电荷共同、电压分开、倒数相加。把电阻的规则整个翻过来就是电容。
把电容并联,极板面积相加,容量增大为 Cp = C1 + C2;串联时电荷共同而电压分开,得到 1/Cs = 1/C1 + 1/C2,即 Cs = C1·C2/(C1+C2),比任何一个都小。原因是容量与面积成正比的 C = εA/d。这是电阻串并联规则的镜像,而电感与电阻在同一侧。