超级电容原理与应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器是一种电子元件，它具有高电容、高电压和快速充放电等特点。
超级电容
器是由两个极板和介质隔离层组成的，它们通过两个电极接口连接电路。
为了增加电容值，极板和介质隔离层通常是构成层状结构。
超级电容器的原理是利用电场作用力吸附电荷，
电极板之间的电荷可以通过电解液的运动迅速传递。
超级电容器具有很多的应用领域，例如：
1.储能系统
超级电容器的能量密度比锂电池低，但它可以快速充放电，寿命长，不需要维护。
因此，超级电容器被广泛应用于储能系统中，例如智能电网，风力涡轮机和电动汽车。
2.动力系统
3.消费电子和家用电器
由于其体积小、重量轻和快速充放电的特点，超级电容器在消费电子和家用电器领域
中得到了广泛应用。
例如，手提式视频摄像机、智能电话和耳机等产品中都可以看到超级
电容器的身影。
4.工业自动化
超级电容器可以快速充放电，并且经久耐用，可以在工业自动化控制系统中得到广泛
应用，例如可编程控制器（PLC）、自动化机床和机器人等。
总之，超级电容器的应用范围十分广泛，可以应用于无线通讯、铁路运输、信号处理
和军事应用等领域。
以年复合增长率20%以上的增长速度，超级电容器的市场规模将迅速
扩大，成为未来节能、环保和新能源领域的重要组成部分。
超级电容原理及应用
超级电容原理及应用摘要随着社会经济的发展，人们对于绿色能源和生态环境越来越关注，超级电容器作为一种新型的储能器件,因为其无可替代的优越性，越来越受到人们的重视。
在一些需要高功率、高效率解决方案的设计中，工程师已开始采用超级电容器来取代传统的电池。
电池技术的缺陷Li离子、NiMH等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，并且已经在很多领域中广泛使用。
众所周知，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，这也同样是采用铅酸电池（蓄电池）的设计者所面临的困难。
同时，大电流会直接影响这些电池的寿命，因此，对于要求长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。
超级电容器的特点和优势超级电容器的原理并非新技术，常见的超级电容器大多是双电层结构，同电解电容器相比，这种超级电容器能量密度和功率密度都非常高。
同传统的电容器和二次电池相比，超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高，并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。
除了可以快速充电和放电，超级电容器的另一个主要特点是低阻抗。
所以，当一个超级电容器被全部放电时，它将表现出小电阻特性，如果没有限制，它会拽取可能的源电流。
因此，必须采用恒流或恒压充电器。
１０年前，超级电容器每年只能卖出去很少的数量，而且价格很贵，大约１～２美元／法拉，现在，超级电容器已经作为标准产品大批量供应市场，价格也大大降低，平均0.01～0.02美元／法拉。
在最近几年中，超级电容器已经开始进入很多应用领域，如消费电子、工业和交通运输业等领域。
关键词电子技术;超级电容器;综述;原理;应用AbstractAlong with society economy of development, people for green energy and ecosystem environment more and more concern, the super capacitor be 1 kind to newly keep ability spare part, because it have no can act for of the superiority be more and more valued by people.In some demand the Gao the design of the power, high-efficiency solution, engineer already beginning adoption super capacitor to replace tradition of battery.The blemish of battery techniqueThe new battery of the Li ion, NiMH etc. can provide the energy of a credibility storage project, and already extensive in a lot of realm usage.Know to all, the chemistry battery pass electricity chemical reaction, creation the farad electric charge transfer to storage electric charge of, the service life be shorter, and be subjected to temperature influence bigger, this also similarly adoption the lead sour battery(storage battery) of design face of difficulty.In the meantime, big electric current would direct influence the life span of thesebatteries, therefore, for request longevity life, Gao credibility of some application, these show according to the battery of chemical reaction various shortage.The characteristics and advantage of super capacitorThe principle not new technique of super capacitor, familiar super capacitor mostly is double electricity layer structure, compared with the electrolysis capacitor, this kind of super density and power density of the capacitor energy all very Gao.Together tradition of the capacitor and two battery compare, super capacitor storage electric charge of ability ratio common capacitor Gao, and have to refresh and discharge speed quick, efficiency Gao, free from pollution to environment, circulation life span long, usage temperature scope breadth, the safety Gao Deng3's characteristics.In addition to fast charge with turn on electricity, the another main characteristics of super capacitor be a low resistance.So, when a super capacitor drive all turn on electricity, it performance small electric resistance characteristic, if there is no restriction, it would the Ye take possibility of source electric current.Therefore, have to the adoption Heng flow or constant pressure charger.10 year ago, super capacitor every year can sell go to seldom of amount,and price cost a lot, about USD 1~2/method pull, now, super capacitor alreadyBe standard product large quantity quantity supply market, the price alsoconsumedly lower, average USD 0.01~0.02/method pull.In the last few years in,the super capacitor have already started get into a lot of application realm,such as consume realms such as electronics, industry and transportation industryetc..KEY WORD electron technology;supercapacitors;review;principles;applications目录第一章绪言 (1)第二章超级电容器的原理及结构 (1)第一节超级电容器结构 (1)第二节工作原理及超级电容器储能系统...... (3)第三节主要特点 (4)第三章超级电容器特性 (5)第一节额定容量 (5)第二节额定电压 (5)第三节额定电流 (6)第四节最大存储能量 (6)第五节能量密度 (6)第六节功率密度 (6)第七节等效串联电阻 (6)第八节阻抗频率特性 (7)第九节工作与存储温度 (7)第十节漏电流 (7)第十一节寿命 (7)第十二节循环寿命 (7)第十三节发热 (8)第四章等效电路模型 (8)第五章超级电容器使用实例 (11)第六章超级电容器使用注意事项...... (18)第七章如何选择超级电容器超级电容器的两个主要应用...... .. (18)第八章结论 (20)谢辞 (21)参考文献 (22)第一章绪言电能是当代社会不可或缺的重要资源，而储能设备的优劣直接影响着电力设备的充分应用。
超级电容的原理和应用
超级电容的原理和应用1. 什么是超级电容?超级电容（Super capacitors）是一种能够以高速存储和释放能量的电子元件，也被称为电化学电容器或电化学超级电容器。
与传统的电解质电容器相比，超级电容具有较高的电容密度和较高的能量密度。
2. 超级电容的原理超级电容的原理基于电荷的吸附和离子迁移。
它含有两个电极，通常是由活性炭构成的，电极之间通过离子导体（通常是电解质溶液）连接。
当施加电压时，正电荷聚集在一个电极上，而负电荷聚集在另一个电极上。
这个过程称为电荷的吸附。
然后，在需要释放能量时，电荷可以通过离子导体进行迁移，从而实现能量的存储和释放。
3. 超级电容的优点超级电容相比传统的电解质电容器有以下几个优点：•高能量密度：超级电容的能量密度比传统电容器高得多，使其适用于需要大量能量存储和释放的应用。
•长寿命：超级电容具有较长的循环寿命，可以进行数百万次的充放电循环，这使得它们在长期使用中更加可靠。
•快速充放电速度：超级电容可以以非常快的速度进行充放电，这使得它们在需要快速能量释放的应用中非常有用。
•宽工作温度范围：超级电容器的工作温度范围相对较宽，通常可以在-40°C至70°C的温度范围内正常工作。
4. 超级电容的应用超级电容在许多领域中都有广泛的应用，包括但不限于：4.1 能量回收和储存超级电容可以用于回收和储存电能，在能量恢复制动系统中被广泛使用。
例如，电动汽车的制动过程中产生的能量可以通过超级电容存储，并在需要时供给给车辆。
4.2 紧急电源超级电容可以作为应急电源，用于提供电力备份。
当主要电力供应中断时，超级电容可以提供持续稳定的电源，确保关键设备和系统的正常运行。
4.3 储能装置超级电容可以用于储能装置，例如可再生能源系统中的储能装置。
通过将可再生能源转化为电能并存储在超级电容中，可以在需要时释放出来，实现能源的可持续利用。
4.4 电动工具和设备超级电容可以用于电动工具和设备，如电动剪刀、电动工具和无线充电设备等。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用超级电容器，是一种能储存大量电能并且能够快速放电的电子元件。
它在电子领域中应用广泛，能够提供大电流，具有快速充放电特性，而且寿命长、体积小等优点。
本文将详细介绍超级电容器的原理及应用。
超级电容器的原理：超级电容器的工作原理其实很简单，在超级电容器中有两个电极，它们之间由电解质隔开。
当电容器充电时，正极电极会吸收电子，而负极电极则会失去电子，这样就形成了电压差。
当需要放电时，正负极电极之间的电子会快速流动，使得电容器迅速放出储存的电能。
1.电动车辆：超级电容器可以用于电动汽车及混合动力汽车的能量回收系统中。
在车辆减速或制动时，电动机会成为发电机，将动能转化为电能，并存储在超级电容器中。
当车辆需要加速时，超级电容器可以迅速释放储存的能量，提供给电动机，从而减轻电池的负担，延长电池的使用寿命。
2.工业设备：超级电容器也被广泛应用于工业设备中，特别是需要进行瞬时大电流输出的设备。
正常电池无法提供足够的电流以满足这些设备的需求，而超级电容器可以在短时间内提供高达几十安培的电流输出，能够满足工业设备的需要。
3.可穿戴设备：随着智能可穿戴设备的普及，对于电池的体积和重量要求越来越高。
超级电容器因为体积小，重量轻而被广泛应用于智能手表、智能眼镜等可穿戴设备中，能够为这些设备提供可靠的能量支持。
4.风能储能：超级电容器也可以用于风力发电系统的能量存储。
风能是一种不稳定的能源，风力发电系统在风大的时候会产生超出负荷的电能，而风小的时候又无法满足负荷需求。
超级电容器可以在风力充足时存储多余的能量，风力不足时释放储存的能量，平衡系统的供需关系。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器（也称为超级电容器或超级电容器）是一种新型的储能设备，它是在传统
电容器基础上进行改进得到的。
与传统电容器相比，超级电容器具有更大的电容量和更高
的能量密度，能够在较短时间内放电出大量电能。
超级电容器的原理和应用是一个值得研
究的课题。
超级电容器的原理主要涉及电荷的积累。
它由两个导电平板组成，之间用电解质分离。
当电压施加在超级电容器上时，两个导电平板上的电荷被吸引，导致带电粒子在电介质中
沿着两个电极之间的距离移动，从而形成电荷积累。
由于超级电容器中使用的电解质具有
较高的介电常数和电导性能，因此可以实现更高的电荷积累和更高的电容量。
超级电容器广泛应用于储能领域。
由于其能够在较短时间内放电出大量电能，因此被
广泛用于电动工具、电动汽车、储能系统和可再生能源领域。
相比传统的化学电池，超级
电容器具有更高的充放电效率和更长的寿命，能够更好地满足大功率瞬态储能需求。
超级
电容器还可以用于平衡网络负荷，提供电动车辆快速充电等应用。
在航天航空领域，超级电容器也有广泛的应用。
由于其能够在极端环境下工作，具有
较高的工作温度范围和较低的内阻，因此被用于卫星和宇航器的动力系统。
超级电容器可
以提供短时间内大量的电能，满足航天器在启动、加速和机械负载方面的需求。
超级电容器的原理与应用
超级电容器的原理与应用超级电容器，又称为超级电容、超级电容放电器，是一种新型电化学器件，它具有比传统电容器更高的电容量和能量密度，以及更高的功率密度。
这种电化学器件在现代电子设备、交通工具、能源储存系统等领域有着重要的应用。
本文将从超级电容器的原理、结构、特点以及应用领域等方面进行介绍。
一、超级电容器的原理超级电容器的工作原理基于电荷的吸附和离子在电解质中的迁移。
其正极和负极均采用多孔的活性碳材料，两者之间的电解质是导电液体。
当加上电压时，正负极之间形成两层电荷分布，即电荷层，进而形成电场。
电荷的吸附和电子的迁移使得电容器储存电能。
二、超级电容器的结构超级电容器的主要结构包括两块活性碳电极、电解质和两块集流体。
活性碳电极是超级电容器的核心部件，通过高度多孔的结构使得电极表面积大大增加，从而增加电容器的电容量。
电解质则起着导电和电荷传递的作用，而集流体则是用于导电的金属片或碳素片。
三、超级电容器的特点1.高功率密度：超级电容器具有较高的功率密度，能够在短时间内释放大量电能。
2.长循环寿命：相比于锂离子电池等储能装置，超级电容器具有更长的循环寿命。
3.快速充放电：超级电容器具有快速的充放电速度，适用于需要频繁充放电的场景。
4.环保节能：超级电容器不含有有害物质，具有较高的能源利用效率。
四、超级电容器的应用1.汽车启动系统：超级电容器作为汽车启动系统的辅助储能装置，能够有效提高发动机启动速度，降低能源消耗。
2.再生制动系统：超级电容器在电动汽车的再生制动系统中起到储能和释放能量的作用，提高能源回收效率。
3.电网能量储存：超级电容器可用作电网能量的储存装置，用于平衡电力需求与供给之间的波动。
4.工业自动化设备：超级电容器在工业自动化领域中广泛应用，用于缓冲电源波动和提供紧急供电。
5.医疗设备：超级电容器可用于医疗设备的储能，确保设备持续稳定运行。
结语超级电容器以其高功率密度、长循环寿命、快速充放电等特点在各个领域发挥着重要作用，为现代社会的能源存储和利用提供了新的技术解决方案。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用一、原理：超级电容器（Supercapacitor）又称为超级电容器或超级电容器电池，它是一种特殊的电容器，其存储能量量级为焦耳级别，远高于普通电容器的毫焦耳级别。
超级电容器具有快速充电和放电、长寿命、高循环稳定性等特点，适合于需要高能量密度和高功率密度的应用场合。
观察超级电容器的内部结构，其由两个锰氧化物电极板和一个电介质隔离层组成，锰氧化物电极板表面没有铝箔覆盖，其间以100nm的间距排列，从而即可达到高电容电极表面积的效果。
电介质隔离层由聚丙烯的多层膜组成。
在正极板和负极板之间的介质薄膜壁具有极高的介电常数，因此能够将电场强度扩展到导电性電解質中。
因此，超级电容器具有更高的比容量和能量密度。
二、应用：超级电容器可广泛应用于电子、汽车、医疗等领域。
以下是具体的应用：1. 电子产品：可广泛应用于移动物联网、消费电子等领域。
例如，可用于数码相机、MP3等数码产品，为其提供性能更加卓越的电源。
2. 汽车研发：超级电容器可以在汽车领域应用到停车制动能量回收系统、发动机启动、辅助动力系统等方面。
比如，在刹车时，能够以更为高效的方式回收能量，提高储能系统的效率，在加速时则能够减少电池的功率消耗，从而延长电池使用寿命。
同时，超级电容器还能在车辆制动、起动和交通噪声的减少方面发挥重要作用。
3. 医疗器械：在呼吸机、心脏起搏器等医疗领域中，超级电容器可以减小器械的尺寸同时增加器械的能量输出。
4. 其他领域：超级电容器还可广泛应用于军事领域、能源行业、新能源领域及航空航天等领域。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用超级电容器（supercapacitor）又称电化学双层电容器，是一种能够储存和释放大量电荷的电子元件。
它的工作原理是利用电化学双层或者伪电容效应来存储电荷。
与传统的电容器相比，超级电容器具有能量密度高、循环寿命长、充放电速度快等优点，因此在许多领域都有着广泛的应用。
超级电容器的原理主要是基于电化学双层效应和伪电容效应。
电化学双层效应是指当电极表面与电解质中的电离物质接触时，会形成一个电荷分布较宽的双层电容。
这个双层电容主要由电极表面的电子层和电解质中的离子层组成，能够存储大量的电荷。
而伪电容效应则是指在电极表面发生化学反应的情况下，会导致电荷的储存和释放，形成伪电容。
超级电容器由电极、电解质和隔膜三部分组成。
电极一般使用活性炭或者氧化铈等材料，具有大表面积和良好的导电性；电解质则是具有高离子导电性的溶液或者凝胶；隔膜则起到隔离电极和阻止电解质混合的作用。
超级电容器在能量储存和释放方面有着独特的优势。
它能够在短时间内实现高效的充放电，这意味着超级电容器可以迅速释放储存的能量，满足一些瞬态负载需求；超级电容器的循环寿命长，可以进行上百万次的充放电循环，这使得它在一些需要频繁充放电的场合具有明显的优势；超级电容器的能量密度虽然不及传统的化学电池，但是随着材料和结构的不断优化，能量密度也在不断提高，目前已经可以满足很多应用的需求。
超级电容器在许多领域都有着广泛的应用。
在汽车领域，超级电容器可以作为辅助能源储存装置，为车辆提供起动、加速和制动时的能量支持，从而提高燃油利用率和降低尾气排放；在电力系统中，超级电容器可以用来进行功率平衡和瞬态能量补偿，提高系统的稳定性和可靠性；在可再生能源领域，超级电容器可以作为储能设备，平衡太阳能和风能等间歇性能源的输出；在电子产品中，超级电容器可以作为备用电源，确保设备在断电情况下能够正常工作；在航天航空领域，超级电容器可以用来储存航空器的制动能量，延长飞行时间；在工业自动化领域，超级电容器可以用来提供紧急停机的能量支持，确保设备和人员的安全。
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图2-1-4 电容充放电曲线图
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任务1 超级电容原理与运用
知识准备
知识链接3：超级电容的结构原理
超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间 的一种新型储能装置，通过极化电解质来储能，允许 大电流快速充放电。超级电容器的结构如图2-1-5所 示，是由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔 性电池隔膜及电解液组成。
本实训通过搭建电路，认识超级电容特性充放电过程，学习超级电容的原理以 及其特性，并通过规范的操作，养成良好的职业素养。
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任务1 超级电容原理与运用 知识链接1：电容的认知
知识准备
电容也是电容器的俗称，是电子电力领域中不可缺少的电子元件，主要用于电源滤波、信号滤 波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。最常见的结构就是两块平行金属板，如图2-1-1所示，两 块金属板（一般被称之为极板）之间不导通，极板之间的绝缘材料可以是空气、油等绝缘物。
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任务1 超级电容原理与运用
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知识链接5：超级电容在新能源汽车上的应用
超级电容充电快、耐充电、能量转换效率高，同时存在高自放电的特性，完全可以作为新能 源汽车的储能装置。其中最为丰硕的领域当属新能源客车，宇通、金龙、金旅、海格、中车等知 名企业纷纷将超级电容成功应用于新能源客车。
在新能源客车领域，超级电容器最为广泛的应用是城市混合动力客车制动能量回收系统。由 超级电容器模块组成的制动能量回收系统能够吸收并存储车辆在制动时产生的全部动能，当客车 启动或加速时将这些能量释放出来，从而使车辆节省油耗，减少排放。
超级电容器同样存在一些缺点：一是安全性，过快的放电速度和过低的内阻，如果设计不好 的话，本身就蕴含着“能量突然大爆发”所隐藏的风险；二是较低的工作电压，制约了它在驱动 汽车上的应用。随着技术的进步，这些问题都可以解决。
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任务1 超级电容原理与运用
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任务1 超级电容原理与运用
学习目录
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任务1 超来超级电容是发展比较迅速的一种新型储能装置，广泛应用在新能源汽 车制动能量回收系统中。新能源汽车在制动或减速的过程中，通过电机将汽车动能 转换成电能，并储存在超级电容内。汽车重新起步或加速时，超级电容和动力电池 同时对电机供电。
在图2-1-2和图2-1-3中，RC和RD的电阻值分 别影响电容的充电和放电速度，原理是电阻控制了 充放电电流的大小。其中，电阻值R和电容值C的 乘积被称为时间常数τ，这个常数描述电容的充电 和放电速度。电容值或电阻值越小，时间常数也越 小，电容的充电和放电速度就越快，反之亦然。如 图2-1-4所示是电容充放电的曲线图。
当超级电容器接通电源后，在电场力的作用下， 吸引电解液中的阴离子向正极聚集，同时正极电解液 中的阳离子向负极聚集，各自在正负极板上形成间隔 非常小的离子层。放电时，正负离子离开固体电极的 表面，返回电解液本体。
图2-1-5 超级电容器结构原理
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任务1 超级电容原理与运用
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图2-1-2 电容充电电路
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任务1 超级电容原理与运用
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放电过程：电容与电源断开，并连接到电阻，电容通过电阻Rd进行放电，两块板之间的电压将会 逐渐下降为零，Uc = 0，如图2-1-3。
图2-1-3电容放电电路
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任务1 超级电容原理与运用
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知识链接4： 超级电容与一般电容的区别
电容器是一种储存电荷的“容器”，需要在外加电压的作用下才能储存电荷。不同的电容器 在相同大小的电压作用下，储存的电荷量也可能不相同。超级电容器的电容大，储存电荷量的能 力大，都以法拉（F）为单位。其次，超级电容器的充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定 容量的95%以上。循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达数万次，没有“记忆效应”。 大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%。
《新能源汽车电力电子技术》
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任务1 超级电容原理与应用
建议课时：2学时
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任务1 超级电容原理与运用
知识目标
（1）能够描述电容的作用； （2）知道电容与超级电容的不同点； （3）能理解超级电容的基本结构与工作原理； （4）能使用示波器测量超级电容充放电的波形，分析出其工作特性； （5）正确规范的使用实训板，养成良好的新能源汽车维修职业素养。
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任务1 超级电容原理与运用
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图2-1-1 电容的结构
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任务1 超级电容原理与运用 知识链接2：电容的充放电过程
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充电过程：电容与直流电源相接，如图21-2所示。电路中有电流流动，两块极板分别获 得数量相等、正负相反的电荷量。电容正在充 电过程中，其两端的电压Uc逐渐增大。一旦电 容两端电压Uc与电源电压U相等，充电完成， 此时电路中的电流停止流动，电路可视为为开 路。
同时，电容也是表征电容器储存电荷能力的物理量，一般记为C，国际单位是法拉（F）。如 果一个电容器储存1库伦的电荷量时，两极板间的电势差是1伏，则这个电容大小1法拉，即： C=Q/U。
但电容的大小不是由Q（带电量）或U（电压）决定的，电容的大小与电容器极板的面积S、 极板间距d和极板间的绝缘介质有关。一般来说，极板面积越大，极板间距越小和极板间介质绝缘 性越好，则电容越大。常见的平行板电容器,电容的计算公式为C=εS/d。（ε为极板间介质的介电 常数，S为极板面积，d为极板间的距离）