这个题目看起来很无厘头,但是很有意思。要明白这个问题,我们需要理解三个知识点。现在跟我一起来学习一下吧.....
电容基本结构及原理
两个导体中间被绝缘介质(不导电的东西)隔开,我们就可以把它看出一个简单的电容。如下图所示,两个金属板紧挨着放在一起、互不接触,这就是一个简单的电容。
如果我们给两个金属板分别接上一个12V的直流电源。
在接上电源的瞬间,正电荷从电源正极出发,通过导线流向金属板A移动;同样,负电荷从电源负极出发,通过导线流向金属板B;直到两金属板的电压和电源电压相等。当我们把电源撤走,由于正电荷和负电荷相互吸引,所以使得它们保留在金属板上。
如果给两个金属板接上一个小灯泡,那么正电荷会从金属板A出发,通过灯泡回到金属板B,然后被中和;直到两金属板之间的电压为零。
以上就是电容基本结构及充放电基本原理,我们再来看看电容容量大小和哪些因素有关?
影响电容大小因素
从电容原理分析可知,电荷是依靠相互吸引而保存在金属板上。
如果两个金属板靠的越近,那么正负电荷之间的吸引力越强,吸引在金属板上的电荷量越多,电容的容量也就越大。两个金属板面积越大,那么吸引在上面的电荷量越多,电容的容量也就越大。电容容量还和金属板之间的绝缘介质有关。如果绝缘介质绝缘强度越高,那么电容容量越大。(试想一下,如果金属板之间的空气湿度很大,就会有很大电荷通过湿润的空气跑到对面金属板上)电容容量计算
假设手指和导线绝缘皮接触面积为4cm2,导线绝缘皮后4mm,我们来计算一下电容大小。
电容计算公式如图:
其中,C表示电容,单位F ;ε表示介电常数;π表示圆周率;
k表示静电力常数,K=9×10^9N·m^2/C^2;d表示金属板间距,单位米。
通过查表,导线绝缘皮PVC介电常数为4-8,我们取6。把数据代入公式,得:
通过计算可知,手指和导线绝缘皮接触面积为4cm2,导线绝缘皮厚度4mm,相当于一个容量为5.3nF的电容。
电流计算
根据电容容抗计算公式:
其中,XC为容抗,单位:Ω;π表示圆周率;f表示频率,单位HZ;C表示电容,单位F
把数据代入公式,可以得出:
通过分析可知,人体和电线形成的等效电容与人体电阻相当于串联关系。再根据阻抗计算公式:
假设人体电阻为2KΩ,和容抗大小,相比可以忽略不计。我们可以推算出,整个回路阻抗为600MΩ。再根据欧姆定律,整个回路电流为:I=U/Z=220V÷600MΩ=0.367uA。
通过上述计算,人体和电线形成的电容效应非常小,通过人体的电流只有0.367uA,估计连一个细胞都电不死!完全不用担心!
总结
电容效应在我们生活中非常常见,比如电线和大地之间是绝缘的,它们之间就存在有电容效应。当线路越长,相当于金属板面积非常大,电容效应越明显,流向大地的电流越大。所以当线路非常长时,不建议使用漏电开关作为总开关,否则很容易引起频繁跳闸停电!
以上就是我的回答,如果还有其他不足或疑问,欢迎大家评论!
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