電容器充放電

電容充電

要為電容器充電，您需要將其連接到直流電路。在圖。圖 1 為電容充電電路。電容器 C 連接到發電機的端子。鑰匙可用於閉合或斷開電路。讓我們詳細了解一下電容器的充電過程。

發電機有內阻。當開關閉合時，電容器將充電至板間電壓等於 e。 ETC。 v. 發電機：Uc = E。在這種情況下，與發電機正極端子相連的極板接收正電荷（+q），而第二個極板接收相等的負電荷（-q）。電荷 q 的大小與電容器 C 的容量及其極板上的電壓成正比：q = CUc

佩。 1…電容充電電路

為了給電容器極板充電，其中一個需要獲得一定數量的電子，另一個需要失去一定數量的電子。電子從一個極板轉移到另一個極板是靠發電機的電動勢沿著外電路進行的，而電荷沿著電路移動的過程無非就是電流，稱為充電電容電流A charge

充電電流值通常在千分之一秒內流動，直到電容器兩端的電壓達到等於 e 的值。 ETC。 v. 發電機。充電過程中電容器極板上的電壓上升曲線如圖 1 所示。 2、a，從中可以看出，電壓Uc是平穩增加的，先是很快，然後越來越慢，直到等於e。 ETC。 v.發電機E。之後，電容器兩端的電壓保持不變。

米。 2. 給電容器充電時的電壓和電流曲線圖

當電容器充電時，充電電流流過電路。充電電流曲線如圖 1 所示。 2，乙。在初始時刻，充電電流具有最大值，因為電容器中的電壓仍為零，並且根據歐姆定律iotax = E /Ri，因為所有e.等。 c 發生器施加於電阻 Ri。

當電容器充電時，即增加其兩端的電壓，它會降低充電電流。當電容器兩端已經有電壓時，電阻兩端的壓降將等於e與e之間的差值。 ETC。 v. 發電機和電容器電壓，即等於 E — U s。因此 itax = (E-Us) / Ri

從這裡可以看出，隨著 Uc 的增加，icharge 和在 Uc = E 時充電電流變為零。

在此處閱讀有關歐姆定律的更多信息： 電路部分的歐姆定律

電容器充電過程的持續時間取決於兩個量：

1）來自發電機的內阻Ri，

2）來自電容器C的電容。

在圖。圖 2 顯示了容量為 10 微法拉的電容器的優雅電流圖：曲線 1 對應於帶有 e 的發電機的充電過程。 ETC。 E = 100 V 且內阻 Ri = 10 Ohm，曲線 2 對應於具有相同 e 的發電機的充電過程。 pr. 具有，但具有較低的內阻：Ri = 5 歐姆。

從這些曲線的對比可以看出，發電機的內阻越小，初始時刻優雅電流的強度越大，因此充電過程越快。

米。 2. 不同電阻下的充電電流圖

在圖。圖 3 比較了從同一發電機與 e 充電時的充電電流圖。 ETC。 E = 100 V 且內阻 Ri= 10 歐姆的兩個電容器具有不同的容量：10 微法拉（曲線 1）和 20 微法拉（曲線 2）。

初始充電電流iotax = E /Ri = 100/10 = 10 兩個電容都是一樣的，因為容量越大的電容儲存的電量越多，那麼它的充電電流就應該越長，充電過程也就越長。

米。 3、不同容量充電電流表

電容放電

斷開帶電電容器與發電機的連接，並在其極板上連接一個電阻。

電容器Us的極板上有電壓，因此在閉合電路中，會流過稱為放電電容電流ires的電流。

電流從電容器的正極板通過電阻流向負極板。這對應於多餘電子從負極板轉移到正極板，而正極板不存在。行框架的過程發生直到兩個板的電位相等，即它們之間的電位差變為零：Uc = 0。

在圖。圖 4a 顯示了從值 Uco = 100 V 放電到零期間​​電容器中電壓下降的曲線圖，電壓首先下降迅速，然後下降得更慢。

在圖。 4、b為放電電流變化曲線圖。放電電流的強度取決於電阻 R 的值，根據歐姆定律 ires = Uc/R

米。 4. 電容放電時的電壓電流曲線圖

初始時刻，電容器極板電壓最大時，放電電流也最大，隨著放電過程中Uc的減小，放電電流也隨之減小。 Uc = 0 時，放電電流停止。

處置的持續時間取決於：

1）來自電容C的容值

2）關於電容器放電的電阻R的值。

電阻 R 越大，放電越慢。這是因為電阻大時，放電電流強度小，電容器極板上的電荷量減少緩慢。

這可以在同一電容器的放電電流圖中顯示，該電容器具有 10 μF 的容量並充電至 100 V 的電壓，具有兩個不同的電阻值（圖 5）：曲線 1 — 在 R =40 歐姆，ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A 和曲線 2 — 在 20 歐姆 ioresr = 100/20 = 5 A。

米。 5. 不同電阻下的放電電流圖

電容器的電容量大時，放電也較慢。這是因為電容器板上的電容越大，電量就越多（電荷越多），電荷耗盡的時間也就越長。兩個相同容量的電容器的放電電流圖清楚地顯示了這一點，充電到相同的 100 V 電壓並放電到電阻 R = 40 歐姆（圖 6：曲線 1 - 對於具有容量的電容器10 微法和曲線 2 — 容量為 20 微法的電容器）。

米。 6. 不同功率下的放電電流圖

從考慮的過程中，可以得出結論，在帶有電容器的電路中，電流僅在充電和放電時刻流​​動，此時板上的電壓發生變化。

這是因為當電壓變化時，極板上的電荷量會發生變化，這需要電荷沿著電路移動，也就是說，電流必須通過電路。帶電的電容器不會通過直流電，因為其極板之間的電介質會打開電路。

電容能量

在充電過程中，電容器通過從發電機接收能量來儲存能量。當電容器放電時，電場的能量全部轉化為熱能，即加熱電容器放電所通過的電阻。電容器的電容量及其極板上的電壓越大，電容器電場的能量就越大。容量為 C 的電容器充電到電壓 U 所擁有的能量等於： W = Wc = CU2/2

一個例子。電容器 C = 10 μF 充電至電壓 Uc = 500 V。確定在電容器放電所通過的電阻處以熱力形式釋放的能量。

回答。在放電過程中，電容器儲存的所有能量都將轉化為熱量。因此 W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J。