這個題目看起來很無釐頭,但是很有意思。要明白這個問題,我們需要理解三個知識點。現在跟我一起來學習一下吧……
電容基本結構及原理
兩個導體中間被絕緣介質(不導電的東西)隔開,我們就可以把它看出一個簡單的電容。如下圖所示,兩個金屬板緊挨著放在一起、互不接觸,這就是一個簡單的電容。
如果我們給兩個金屬板分別接上一個12V的直流電源。
在接上電源的瞬間,正電荷從電源正極出發,通過導線流向金屬板A移動;同樣,負電荷從電源負極出發,通過導線流向金屬板B;直到兩金屬板的電壓和電源電壓相等。當我們把電源撤走,由於正電荷和負電荷相互吸引,所以使得它們保留在金屬板上。
如果給兩個金屬板接上一個小燈泡,那么正電荷會從金屬板A出發,通過燈泡回到金屬板B,然後被中和;直到兩金屬板之間的電壓為零。
以上就是電容基本結構及充放電基本原理,我們再來看看電容容量大小和哪些因素有關?
影響電容大小因素
從電容原理分析可知,電荷是依靠相互吸引而保存在金屬板上。
如果兩個金屬板靠得越近,那么正負電荷之間的吸引力越強,吸引在金屬板上的電荷量越多,電容的容量也就越大。兩個金屬板面積越大,那麼吸引在上面的電荷量越多,電容的容量也就越大。電容容量還和金屬板之間的絕緣介質有關。如果絕緣介質絕緣強度越高,那麼電容容量越大。(試想一下,如果金屬板之間的空氣溼度很大,就會有很大電荷通過溼潤的空氣跑到對面金屬板上)電容容量計算
假設手指和導線絕緣皮接觸面積為4cm2,導線絕緣皮後4mm,我們來計算一下電容大小。
電容計算公式如圖:
其中,C表示電容,單位F ;ε表示介電常數;π表示圓周率;k表示靜電力常數,K=9×10^9N·m^2/C^2;d表示金屬板間距,單位米。
通過查表,導線絕緣皮PVC介電常數為4-8,我們取6。把數據代入公式,得:
通過計算可知,手指和導線絕緣皮接觸面積為4cm2,導線絕緣皮厚度4mm,相當於一個容量為5.3nF的電容。
電流計算
根據電容容抗計算公式:
其中,XC為容抗,單位:Ω;π表示圓周率;f表示頻率,單位HZ;C表示電容,單位F
把數據代入公式,可以得出:
通過分析可知,人體和電線形成的等效電容與人體電阻相當於串聯關係。再根據阻抗計算公式:
假設人體電阻為2KΩ,和容抗大小,相比可以忽略不計。我們可以推算出,整個迴路阻抗為600MΩ。再根據歐姆定律,整個迴路電流為:I=U/Z=220V÷600MΩ=0.367uA。
通過上述計算,人體和電線形成的電容效應非常小,通過人體的電流只有0.367uA,估計連一個細胞都電不死!完全不用擔心!
總結
電容效應在我們生活中非常常見,比如電線和大地之間是絕緣的,它們之間就存在有電容效應。當線路越長,相當於金屬板面積非常大,電容效應越明顯,流向大地的電流越大。所以當線路非常長時,不建議使用漏電開關作為總開關,否則很容易引起頻繁跳閘停電!