這個計算器的用途
本工具用來計算理想平行板電容器的電容。平行板電容器是由兩片平行的導電極板組成,中間以絕緣介電質隔開,藉此儲存電荷。它的電容值只取決於幾何結構(極板面積與間距)以及兩板之間的介電材料。這是通用的 SI 國際單位制物理公式,不受任何國家或地區的規範影響,全球通用。
使用方法
先輸入兩極板之間材料的相對介電常數(真空 = 1,空氣 ≈ 1.00059,石英 ≈ 3.8)。接著輸入極板面積與極板間距,並從下拉選單中各自選擇方便的單位。計算器會自動將數值換算成 SI 標準的公尺與平方公尺,並回傳以法拉(F)為單位的電容值,同時換算成微法拉(μF)、奈法拉(nF)與皮法拉(pF),方便你直接使用。
公式說明
電容的計算公式為 $$C = \varepsilon_r \cdot \varepsilon_0 \cdot \frac{S}{d}$$ 其中 \(\varepsilon_r\) 是無因次的相對介電常數,\(\varepsilon_0 = 8.85418781762 \times 10^{-12}\ \text{F/m}\) 為真空介電常數,\(S\) 是以平方公尺表示的極板面積,\(d\) 則是以公尺表示的極板間距。極板面積越大、介電常數越高,電容就越大;而間距越寬,電容則越小。
範例計算
以空氣(\(\varepsilon_r = 1.00059\))為例,假設極板面積 \(S = 500\ \text{mm}^2\),間距 \(d = 1\ \text{mm}\)。先做單位換算:\(S = 500 \times 10^{-6} = 5 \times 10^{-4}\ \text{m}^2\),\(d = 1 \times 10^{-3} = 10^{-3}\ \text{m}\),因此 \(S/d = 0.5\ \text{m}\)。代入公式得 $$C = 1.00059 \times 8.85418781762 \times 10^{-12} \times 0.5 \approx 4.4297 \times 10^{-12}\ \text{F}$$ 約為 \(4.4297\ \text{pF}\)。
常見問題
為什麼我的結果只能大致符合課本數值? 此模型忽略了邊緣效應(邊緣電場),因此當極板尺寸遠大於間距 \(d\) 時,計算結果最為準確。
如果間距設為零會怎樣? 間距為零會造成除以零的情況,所以當 \(d \le 0\) 時計算器會回傳電容為零;請務必輸入正的距離值。
相對介電常數該填多少? 真空填 1,空氣約為 1.00059;若是其他絕緣材料,請查詢該介電質的介電常數(例如石英約為 3.8)。