带你完全了解电容!(下)

时间:2023-06-27作者:佚名

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上一篇文章非常详细地讲解了电容的含义,如电容效应、电容元件、电容参数等,在此基础上,这篇文章将延续上一篇的内容,深入讲解电容的更多内容,如电容元件在交流电路和直流电路中的不同、与电容相关的容抗等。

图1-2-1

根据电容参数“C ”的定义,可知电容元件极板上电荷量 q 等于电容 C 乘以极板间电压 u ,即q =Cu 。这说明,在电压相同的情况下,电容 C 越大,电容元件所能容纳(存储)的电荷就越多,存储的电场能量也就越大。那么,电容元件在电路中的电压与电流又是怎样的关系呢?我们往下看。

▎一、电容参数的交直流电路

由q =Cu ,显然,若电容两端的电压发生改变,其极板上的电荷量也会发生变化(电容C为常数,固定不变)。电荷量的变化,由电荷的移动形成,例如电压变小,极板上的电荷量也要随之减少,换言之,极板上的部分电荷沿导线跑掉了。而电荷的沿导线跑动就是电流。即电容电压的变化,会使得电容上有电流流过,如下图1-2-2所示。

图1-2-2

举一反三,若电容两端的电压不变,极板上的电荷量也就保持不变,所以没有电荷的定向移动,即电容上没有电流流过,这就是电容的隔直作用。

1、电容参数的直流电路

如下图1-2-3所示的直流电路中,开关断开,假设电容极板上的初始电荷量为零,显然,电容两端的初始电压也为零。

图1-2-3

(1)闭合开关S1,电容开始充电,所谓充电,就是电荷逐渐向极板上堆集,电容两端的电压逐渐增大。此时的电容就像一个三天不吃饭的乞丐,开关一闭合瞬间,电容大口吃饭(充电),电流最大,随着电容吃得越饱,电荷的聚集速度越慢,即电流越小,其曲线如图1-2-4所示。

图1-2-4

这个电容的充电过程很快,直到电容的电压等于电源电压,充电完毕,此时电流也变为零,这就是电容元件的零状态响应,充电过程对应的电路就称为暂态过程。关于更多暂态电路的内容,在这里我就不展开讲啦,因为是真的很难!

(2)电容充电完毕后,开关S1打开,显然,电容极板上堆集的电荷无处可走,一直呆在极板上,这表示电容元件一直存储这电场能量。

(3)闭合开关S2,此时电容两极板上的异性电荷就像做扩散运动一样往电阻处跑,然后再电阻处相结合,释放能量!这就是电容元件的放电过程,电压与电流君呈衰减趋势,如图1-2-5所示。

图1-2-5

直流电路中,电容元件的影响主要体现在开关通断期间,电路达到稳态后,电容元件处就相当于开路了。

2、电容参数的交流电路

上文提到,电容两端的电压变化,会产生电流,而在(正弦)交流电路,电压是按正弦规律一直变化的,在这个交变定压的驱使下,电容的电流是一个怎样的变化情况呢?

结合电容的定义与电流的定义,电流是指通过任一截面的电荷变化率,即电荷变化的快慢,在电容元件里,这个电荷其实就是电容极板的电荷量,即图1-2-6所示的Δq /t ,即表示电容极板上的电荷变化的快慢.

图1-2-6

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