电容器充放电

电容充电

要为电容器充电，您需要将其连接到直流电路。在图。图 1 为电容充电电路。电容器 C 连接到发电机的端子。钥匙可用于闭合或断开电路。让我们详细了解一下电容器的充电过程。

发电机有内阻。当开关闭合时，电容器将充电至板间电压等于 e。 ETC。 v. 发电机：Uc = E。在这种情况下，连接到发电机正极端子的极板接收正电荷（+q），第二个极板接收相等的负电荷（-q）。电荷 q 的大小与电容器 C 的容量及其极板上的电压成正比：q = CUc

佩。 1…电容充电电路

为了给电容器极板充电，其中一个需要获得一定数量的电子，另一个需要失去一定数量的电子。电子从一个极板转移到另一个极板是靠发电机的电动势沿着外电路进行的，而电荷沿着电路移动的过程无非就是电流，称为充电电容电流A charge

充电电流值通常在千分之一秒内流动，直到电容器两端的电压达到等于 e 的值。 ETC。 v. 发电机。充电过程中电容器极板上的电压上升曲线如图 1 所示。 2、a，从中可以看出，电压Uc是平稳增加的，先是很快，然后越来越慢，直到等于e。 ETC。 v.发电机E。之后，电容器两端的电压保持不变。

米。 2. 给电容器充电时的电压和电流曲线图

当电容器充电时，充电电流流过电路。充电电流曲线如图 1 所示。 2，乙。在初始时刻，充电电流具有最大值，因为电容器中的电压仍为零，并且根据欧姆定律iotax = E /Ri，因为所有e.等。 c 发生器施加于电阻 Ri。

当电容器充电时，即增加其两端的电压，它会降低充电电流。当电容器两端已经有电压时，电阻两端的压降将等于e与e之间的差值。 ETC。 v. 发电机和电容器电压，即等于 E — U s。因此 itax = (E-Us) / Ri

从这里可以看出，随着 Uc 的增加，icharge 和在 Uc = E 时充电电流变为零。

在此处阅读有关欧姆定律的更多信息： 电路部分的欧姆定律

电容器充电过程的持续时间取决于两个量：

1）来自发电机的内阻Ri，

2）来自电容器C的电容。

在图。图 2 显示了容量为 10 微法拉的电容器的优雅电流图：曲线 1 对应于带有 e 的发电机的充电过程。 ETC。 E = 100 V 且内阻 Ri = 10 Ohm，曲线 2 对应于具有相同 e 的发电机的充电过程。 pr. 具有，但具有较低的内阻：Ri = 5 欧姆。

从这些曲线的对比可以看出，发电机的内阻越小，初始时刻优雅电流的强度越大，因此充电过程越快。

米。 2. 不同电阻下的充电电流图

在图。图 3 比较了从同一发电机与 e 充电时的充电电流图。 ETC。 E = 100 V 且内阻 Ri= 10 欧姆的两个电容器具有不同的容量：10 微法拉（曲线 1）和 20 微法拉（曲线 2）。

初始充电电流iotax = E /Ri = 100/10 = 10 两个电容都是一样的，因为容量越大的电容储存的电量越多，那么它的充电电流就应该越长，充电过程也就越长。

米。 3、不同容量充电电流表

电容放电

断开带电电容器与发电机的连接，并在其极板上连接一个电阻。

电容器Us的极板上有电压，因此在闭合电路中，会流过称为放电电容电流ires的电流。

电流从电容器的正极板通过电阻流向负极板。这对应于多余电子从负极板转移到正极板，那里没有电子。行框架的过程发生直到两个板的电位相等，即它们之间的电位差变为零：Uc = 0。

在图。图 4a 显示了从值 Uco = 100 V 放电到零期间电容器中电压下降的曲线图，电压首先下降迅速，然后下降得更慢。

在图。 4、b为放电电流变化曲线图。放电电流的强度取决于电阻 R 的值，根据欧姆定律 ires = Uc/R

米。 4. 电容放电时的电压电流曲线图

初始时刻，电容器极板电压最大时，放电电流也最大，随着放电过程中Uc的减小，放电电流也随之减小。 Uc = 0 时，放电电流停止。

处置的持续时间取决于：

1）来自电容C的容值

2）关于电容器放电的电阻R的值。

电阻 R 越大，放电越慢。这是因为电阻大时，放电电流强度小，电容器极板上的电荷量减少缓慢。

这可以在同一电容器的放电电流图中显示，该电容器具有 10 μF 的容量并充电至 100 V 的电压，具有两个不同的电阻值（图 5）：曲线 1 — 在 R =40 欧姆，ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A 和曲线 2 — 在 20 欧姆 ioresr = 100/20 = 5 A。

米。 5. 不同电阻下的放电电流图

电容器的电容量大时，放电也较慢。这是因为电容器板上的电容越多，电越多（电荷越多），电荷消耗的时间就越长。两个相同容量的电容器的放电电流图清楚地显示了这一点，充电到相同的 100 V 电压并放电到电阻 R = 40 欧姆（图 6：曲线 1 - 对于具有容量的电容器10 微法和曲线 2 — 对于容量为 20 微法的电容器）。

米。 6. 不同功率下的放电电流图

从所考虑的过程中，可以得出结论，在带有电容器的电路中，电流仅在充电和放电时刻流动，此时板上的电压发生变化。

这是因为当电压变化时，极板上的电荷量会发生变化，这需要电荷沿着电路移动，也就是说，电流必须通过电路。带电的电容器不会通过直流电，因为其极板之间的电介质会打开电路。

电容能量

在充电过程中，电容器通过从发电机接收能量来储存能量。当电容器放电时，电场的能量全部转化为热能，即加热电容器放电所通过的电阻。电容器的电容量及其极板上的电压越大，电容器电场的能量就越大。容量为 C 的电容器充电到电压 U 所拥有的能量等于： W = Wc = CU2/2

一个例子。电容器 C = 10 μF 充电至电压 Uc = 500 V。确定在电容器放电所通过的电阻处以热力形式释放的能量。

回答。在放电过程中，电容器储存的所有能量都将转化为热量。因此 W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J。