电容器实验报告

班级：
姓名：刘展宁
学号： 1306030413 指导教师：徐维
成绩：
电子与信息工程学院
信息与通信工程系
实验一静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真
1.实验目的
1．学习 ansoft maxwell软件的使用方法。

2．复习电磁学相关的基本理论。

3．通过软件的学习掌握运用ansoft maxwell运行电磁场仿真的流程。

4．通过对对平板电容器电容计算仿真实验进一步熟悉ansoft maxwell软件的应用。

2.实验内容
1.学习ansoft maxwell有限元分析步骤
2.会用ansoft maxwell后处理器和计算器对仿真结果分析
3.对圆柱体电容器电容仿真计算结果与理论结果值进行比较
3.实验步骤
平板电容器模型描述：
上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）
介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）
激励：电压源，上极板电压：5v，下极板电压：0v。

要求计算该电容器的电容值
1.建模（model）
project > insert maxwell 3d design file>save as>planar cap（工程命名为“planar cap”）
选择求解器
类型：maxwell > solution type>electric>electrostatic（静电的）
创建下极板六面体
draw > box （创建下极板六面体）
下极板起点：（x,y,z）>（0,0,0）
坐标偏置：（dx,dy,dz）（25,25,0）
坐标偏置：（dx,dy,dz）>（0, 0, 2）
将六面体重命名为downplate assign material>pec（设置材料为理想导体perfect conductor）
创建上极板六面体
draw > box （创建下极板六面体）
上极板起点：（x,y,z）>（0, 0, 3）
坐标偏置：（dx,dy,dz）>（25, 25,0）
坐标偏置：（dx,dy,dz）>（0, 0, 2）
将六面体重命名为upplate
assign material >pec（设置材料为理想导体perfect conductor）
创建中间的介质六面体
draw > box （创建下极板六面体）
介质板起点：（x,y,z）>（0, 0, 2）
坐标偏置：（dx,dy,dz）>（25, 25,0）
坐标偏置：（dx,dy,dz）>（0, 0,1）
将六面体重命名为medium
assign material > mica（设置材料为云母mica，）
2.创建计算区域（region）
padding percentage：
0% 电容器中电场分布的边缘效应
忽略电场的边缘效应（fringing effect）
3.设置激励（assign excitation）
选中上极板upplate,
maxwell 3d> excitations > assign（计划，分配）>voltage> 5v 选中下极板downplate,
maxwell 3d> excitations > assign >voltage> 0v 4.设置计算参数（assign executive parameter）
maxwell 3d> parameters > assign > matrix（矩阵）> voltage1,voltage2 5.设置自适应计算参数（create analysis setup）
maxwell 3d> analysis setup > add solution setup 最大迭代次数： maximum number of passes > 10 误差要求： percent error>1% 每次迭代加密剖分单元比例： refinement per pass>50%
6. check & run
7.
查看结果maxwell 3d>reselts>solution data > matrix 电容值：
-31.543pf 4.实验结果分析
由实验数据可得电容为-31.543pf 平板式电容计算公式：c=ε *ε0* s/d;ε0真空介电常数8.86×10（-12方）单位f/m；
计算得=
5.心得体会
实践和先前的理论总是有差距的，而在实践当中修正自己先前的理论和对客观事物的认
识，也正是自然科学的魅力所在。

实验之前我以为区区平行板电容求解一定十分简单。

然而
实际做了之后，才发现无比复杂的，每一步对我来说都是一个全新的挑战。

maxwell给了我
们方便的操作平台，同时也能保证实验结果准确性。

总的来说我是在不断学习中完成了这次
实验，他给我打开了一扇新的大门等待着我去探索，同时，在这个美妙的学习过程，使我的
学习能力获得了进一步的升华。

篇三：超级电容器实验报告
实验报告
题目 c,mno2的电化学电容特性实验姓名学号所在学院年级专业
指导教师完成时间
许树茂 20104016005 化学与环境学院新能源材料与器件创新班
舒东老师
2012 年 4 月
1. 【实验目的】
1. 了解超级电容器的原理；
2. 了解超级电容器的比电容的测试原理及方法；
3. 了解超级电容器双电层储能机理的特点；
4. 掌握超级电容器电极材料的制备方法；
5. 掌握利用循环伏安法及恒流充放电的测定材料比电容的测试方法。

2. 【实验原理】超级电容器的原理
超级电容器是由两个电极插入电解质中构成。

超级电容与电解电容相比,具有非常高的功率密度和实质的能量密度。

尽管超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高,但是超级电容与电解电容或者电池的结构非常相似。

图1 超级电容器的结构图
从图中可看出,超级电容器与电解电容或者电池的结构非常相似,主要差别是用到的电极材料不一样。

在超级电容器里,电极基于碳材料技术,可提供非常大的表面面积。

表面面积大且电荷间隔很小,使超级电容器具有很高的能量密度。

大多数超级电容器的容量用法拉(f)标定,通常在1f到5,000f之间。

(1) 双电层超级电容器的工作原理
双电层电容是在电极/溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的。

对一个电极/溶液体系,会在电子导电的电极和离子导电的电解质溶液界面上形成双电层。

当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。

这时对某一电极而言,会在一定距离内（分散层）产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中成电中性,这便是双电层电容的充放电原理。

根据双电层理论,双电层的微分电容约为20μf/cm2,采用具有很大比表面积的碳材料可获得较大的容量。

双电层电容具有响应速度快，放电倍率高的特点，但储能比电容较小。

(2) 法拉第鹰电容的工作原理
法拉第鹰电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上,电极活性物质进行欠电位沉积,发生高度可逆的化学吸附脱附或氧化还原反应,产生与电极充电电位有关的电容。

对于法拉第准电容,其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储,而且包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。

对于其双电层中的电荷存储与上述类似,对于化学吸脱附机理来说,一般过程为电解液中的离子一般为或在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极溶液界面,而后通过界面的电化学反应而进入到电极表面活性氧化物的体相中若电极材料具有较大比表面积的氧化物,就会有相当多的这样的电化学反应发生,大量的电荷就被存储在电极中。

放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中,同时所存储的电荷通过外电路而释放出来,这就是法拉第准电容的充放电机理。

法拉第鹰电容可以产生高的比电容，但因为法拉第反应的限制，倍率性能比双电层电容小。

目前使用的电极材料主要有碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料，其中碳材料以双电层机理储能，而后两种材料以法拉第赝电容机理储能。

3.【仪器与试剂】 3.1. 仪器 1.chi, 620c,上海辰华仪器公司。

2.电热恒温鼓风干燥箱 3.饱和甘汞参比电极, pt电极 4.烧杯、玻璃棒、容量瓶 3.2 药品
名称不定形二氧化锰
硫酸钠石墨乙炔黑
化学式 mno2 na2so4 ————
分子量 86.94 ——————
级别分析纯分析纯工业级工业级
生产商————
广东台山粤侨试剂塑料有限
公司
广东台山粤侨试剂塑料有限
公司
pvdf nmp 4.【实验步骤】 4.1 工作电极的制备
工作电极的制备采用涂覆法，将所制得的活性电极材料分别与乙炔黑和pvdf 按
75:15:10质量比例在玛瑙研钵中研磨均匀，再加入溶剂nmp（n,n-二甲基吡咯烷酮），将混合
物调成糊状，再将所得糊状物涂覆到面积为1cm2的钛片表面，并于60℃真空干燥5小时，
即得工作电极。

电极上活性物质的质量通过涂片前后钛片的质量差而求得。

4.2 活性炭材料
的比电容的测试
电化学测试包括循环伏安、恒流充放电，所有的电化学都是在电化学三电极体系中进行
的。

三电极体系中，以涂覆了活性电极材料的钛片作为工作电极，以pt电极作为对电极，以
甘汞电极作为参比电极，电解质为0.1mol·l-1na2so4溶液。

所有的电化学测试均在上海辰华chi660a型电化学工作站和eco echemie b.v公司的
autolab pgatat30电化学分析仪上进行。

c材料：
循环伏安法实验:-0.6~0.6v，扫描速度分别为2mv s-1 (放电倍率6c)、5mv s-1 (放电
倍率15c)、20mv s-1(放电倍率60c)、50mv s-1(放电倍率150c)、100mv s-1(放电倍率300c)。

恒流充放电区间为-0.6~0.6v，分别采用0.5ma/g,1ma/g,2ma/g进行充放电，通过比电容计算
比电容，保持和循环伏安下相同倍率进行充放电实验。

mno2材料：
循环伏安法实验:0~1v，扫描速度分别为2mv s-1 (放电倍率6c)、5mv s-1 (放电倍率
15c)、20mv s-1(放电倍率60c)、50mv s-1(放电倍率150c)、100mv s-1(放电倍率300c)。

恒
流充放电区间为 0~1v，分别采用0.5ma/g,1ma/g,2ma/g进行充放电，通过比电容计算比电容，
保持和循环伏安下相同倍率进行充放电实验。

5.【数据处理与分析】
————
————
分析纯分析纯
————
5.1. 循环伏安结果
①不同扫描速度下cv曲线
图1、图2是c-电极和mno2电极分别在0.1mol·l-1 na2so4溶液中，扫描速度为2、5、
10、20、100mv/s，的循环伏安图。

0.02
current/a
0.00
-0.02
potential/v 图1 c-电极循环伏安曲线
v/(mv/s) 2 5 20 50 100 c/(f/g) 110.98 112.1 102.35 96.82 96.43篇四：电容c的
测量实验报告
电容c的测量实验报告
专业：传感网技术学号： 1228403019 姓名：金涛
一、实验任务
设计一个能够测量电容期间参数的测量电路，该测量电路应具有如下功能： 1.电容c
测量仪的量程范围为1nf~1uf。

二、实验要求
1.查资料，设计电路原理图，确定器件及其参数。

2.用multisim软件画原理图并仿真，
记录仿真结果。

3.制作实物，记录输出结果，计算电容c的值。

4.学习altium designer
软件的使用。

三、实验器材
电阻1kω两个500ω一个3.3kω一个，电容47nf一个10nf两个，ne555 两个，直流稳
压源，示波器。

四、仿真内容
1.电路仿真图
2.电路各部分介绍
⑴ne555电路组成的多谐振荡器
c2为接地电阻一般为0.01uf
tw1?(r1?r2)c1ln2 tw2?r2c1ln2 周期t?(r1?2r2)c1ln2 占空比q? t1r?r2
?1
t2r1?2r2
⑵ne555电路组成的单稳态触发器
cx为待测电容，另一电容为接地电容0.01uf tcx?w
rln3
通过示波器测出tw的值即可求得cx 3.仿真结果
tw
rln3
计算可得cx=268.939/(500*ln3)=489.6nf 与实际电容500nf误差为0.02。

同理，在950nf时的计算电容为917.1nf,误差为0.0346；
在300nf时的计算电容为289.6nf，误差为0.0346。

因此。

可以认为此电路测量值基本
准确。

但是，发现当被测电容小于300nf时，示波器图像有明显的变形，无法测得tw。

于是对电路做了改进。

4.实验改进
改进后仿真电路图：
根据公式cx?
五、实际电路
1.实际电路板
2.实际测量
测量100nf的电容为例。