电容器充电和放电的原理是什么
当电容器接通电源以后,在电场力的作用下,与电源正极相接电容器极板的 自由电子将经过电源移到与电源负极相接的极板下,正极由于失去负电荷而带正电,负 极由于获得负电荷而带负电,正,负极板所带电荷大小相等,符号相反,见图。电荷定 向移动形成电流,由于同性电荷的排斥作用,所以开始电流最大,以后逐渐减小,在电 荷移动过程中,电容器极板储存的电荷不断增加,电容器两极板间电压 UC 等于电源电 压 U 时电荷停止移动,电流 I=0,
:开关闭合,通过导线的连接作用,电容器正负极板电荷中和掉。当 K 闭合时,电容器 C 正极正电荷可以移动 负极上中和掉,负极负电荷也可以移到正极中和掉,电荷逐渐减少,表现电流减小,电 压也 逐渐减小为零。
上图为电容器充、放电实验威廉希尔官方网站 ,其中C大容量(储存电荷多)未充电的电容器,E为内阻很小的直流电源,HL为小灯泡。
电容器的充电和放电的原理图
电容是一种以电场形式储存能量的无源器件。在有需要的时候,电容能够把储存的能量释出至威廉希尔官方网站 。电容由两块导电的平行板构成,在板之间填充上绝缘物质或介电物质。图1和图2分别是电容的基本结构和符号。
当电容连接到一电源是直流电 (DC) 的威廉希尔官方网站 时,在特定的情况下,有两个过程会发生,分别是电容的 “充电” 和 “放电”。
电容器原理——充电过程
充电过程即是电容器存储电荷的过程,当电容器与直流电源接通后,与电源正极相连的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下,向与电源负极相连的金属极板跑去,使得与电源正极相连的金属极板失去电荷带正电,与电源负极相连的金属极板得到电荷带负电(两金属极板所带电荷大小相等,符号相反),电容器开始充电。
在威廉希尔官方网站 中,电荷的移动形成电流,由于同性电荷的排斥作用,使得电荷移动刚开始时,电流最大,之后逐渐减小;而电容器带电量在电荷移动开始最小,为零,在电荷移动过程中,带电量逐渐增加,两金属极板间电压逐渐增大,当其增大至与电源电压相等时,充电完毕,电流减小为零。
若电容与直流电源相接,见图3,威廉希尔官方网站 中有电流流通。两块板会分别获得数量相等的相反电荷,此时电容正在充电,其两端的电位差vc逐渐增大。一旦电容两端电压vc增大至与电源电压V相等时,vc = V,电容充电完毕,威廉希尔官方网站 中再没有电流流动,而电容的充电过程完成。
由于电容充电过程完成后,就没有电流流过电容器,所以在直流威廉希尔官方网站 中,电容可等效为开路或R = ∞,电容上的电压vc不能突变。
电容器原理——放电过程
放电过程即是电容器释放存储电荷的过程,当充电完毕的电容器位于一个无电源的闭合通路中时,带负电的金属极板上的电荷便会在电场力的作用下,向带正电的金属极板上跑去,使得正负电荷中和掉,电容器开始放电。
在威廉希尔官方网站 中,电荷的移动形成电流,由于异性电荷的吸引作用,使得在放电过程刚开始时,电流最大,之后逐渐减小;电容器带电量在放电过程开始时最大,之后也逐渐减少,当带电量减小为零时,放电完毕,电流减小为零。
由于电容器充电完毕后,威廉希尔官方网站 中没有电流流过,因此电容可起到隔直流的作用,在直流威廉希尔官方网站 中,可将其看作开路。
当切断电容和电源的连接后,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,vc = 0,见图4。
在图3和图4中,RC和RD的电阻值分别影响电容的充电和放电速度。
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,见图5。
电容值或电阻值愈小,时间常数也愈小,电容的充电和放电速度就愈快,反之亦然。
电容几乎存在于所有电子威廉希尔官方网站 中,它可以作为“快速电池”使用。如在照相机的闪光灯中,电容作为储能元件,在闪光的瞬间快速释放能量。