充电电容器的能量，电容器的使用

金属是优良的电导体。它们导电是因为它们具有不带电荷的自由电子载体。如果在恒定的 EMF 源的帮助下在铜线的末端产生电势差，那么在这样的电线中就会产生电流 - 电子将从 EMF 的负极端子向前移动源 - 到它的正极端子。

相反，电介质不是电流的导体，因为其中没有电荷的自由载流子。电介质中的正负电荷载流子相互连接形成所谓的电偶极子，在外电场中只能旋转，不能在电场作用下平移。

更多关于这个： 金属和电介质之间的差异， 和 为什么电介质不导电

以 PVC 管形式的电介质为例（聚氯乙烯是电介质）。用保鲜膜覆盖管子的外表面，然后简单地在里面包上更多皱巴巴的箔纸，这样它就可以接触到管子的内壁。

如果我们现在采用 EMF 源，比如说 电池 24 伏特并将其与负极连接到内部箔片，正极连接到外部箔片，然后箔片的两个部分将接收来自电池的不同符号的电荷，并且从外部到内部的电场将作用于 PVC 管壁的整个体积。

因此，在这个电场中，介电分子 (PVC) 会根据外部电场转动、定向—— 电介质被极化 这样它的组成分子将它们的负极向外 - 分别转向正极（到连接到电池正极的箔），它们的正极 - 向内，转向负极。让我们取出电池。

正电荷保留在外箔上，因为它仍然被 PVC 分子的带负电荷的一面保持在朝外的位置，而负电荷留在内部，因为它被电介质分子的正极所保持，这已经转向向内。一切都完全按照静电定律发生。

如果您现在用钳子闭合箔片的外部和内部部分，那么在闭合的那一刻您会注意到一个小火花：来自板的相反电荷相互吸引并导致电流通过电线（钳子）和电介质恢复到原来的中立状态。

可以肯定地说，在这个由介电管和两个箔板组成的装置中，当电池连接到它时，会积累 电能.

具有类似配置的设备被称为——封闭在彼此隔离的导电板之间的电介质 电容器.

挺有趣的：电容器和电池 - 有什么区别？

历史上，第一个原型电容器莱顿银行于 1745 年由德国物理学家 Ewald Jürgen von Kleist 在莱顿发明，并由荷兰物理学家 Peter van Muschenbrück 独立发明。

带电电容器的能量取决于它所充电的电压（极板之间的电势差），因为我们谈论的是彼此分开的极板上相反电荷的势能。

因此，该能量等于这些电荷相互吸引时电场所做的功（或者在电容器充电期间当它们分开时源所做的功）。将电荷的基本部分从一个极板移动到另一个极板的基本功等于：

不同配置的电容器，当充入相同数量的电荷时，极板之间将经历不同的电势差。也可以说，对于不同的电容器，施加在极板上的不同电压将导致数量不同的电荷。

实际上，这意味着每个电容器都有一个特定的常数值，这是表征该特定电容器的特性，与其配置、板的形状、电介质的介电常数等有关。这个参数叫做 电容量 C. 电容器 q 上的电荷与其极板 U 之间的电位差相关，如下所示：

因此，充电电容器的总能量表达式，一旦积分，就可以写成如下：

今天，电容器用于科学技术的各个领域：作为电能存储设备，作为平滑电源波的滤波器，在电子设备的控制 RC 电路中，在无功功率补偿设备中，在感应装置和无线电设备中作为一部分振荡电路、强大的脉冲发生器、电磁加速器、空气湿度计等。

有关更多详细信息，请参见此处：为什么在电路中使用电容器？