電容器充電和放電的原理是什么

當(dāng)電容器接通電源以后，在電場(chǎng)力的作用下，與電源正極相接電容器極板的 自由電子將經(jīng)過(guò)電源移到與電源負(fù)極相接的極板下，正極由于失去負(fù)電荷而帶正電，負(fù) 極由于獲得負(fù)電荷而帶負(fù)電，正，負(fù)極板所帶電荷大小相等，符號(hào)相反，見(jiàn)圖。電荷定 向移動(dòng)形成電流，由于同性電荷的排斥作用，所以開(kāi)始電流最大，以后逐漸減小，在電 荷移動(dòng)過(guò)程中，電容器極板儲(chǔ)存的電荷不斷增加，電容器兩極板間電壓 UC 等于電源電 壓 U 時(shí)電荷停止移動(dòng)，電流 I=0，

：開(kāi)關(guān)閉合，通過(guò)導(dǎo)線的連接作用，電容器正負(fù)極板電荷中和掉。當(dāng) K 閉合時(shí)，電容器 C 正極正電荷可以移動(dòng) 負(fù)極上中和掉，負(fù)極負(fù)電荷也可以移到正極中和掉，電荷逐漸減少，表現(xiàn)電流減小，電 壓也 逐漸減小為零。

上圖為電容器充、放電實(shí)驗(yàn)電路，其中C大容量（儲(chǔ)存電荷多）未充電的電容器，E為內(nèi)阻很小的直流電源，HL為小燈泡。

電容器的充電和放電的原理圖

電容是一種以電場(chǎng)形式儲(chǔ)存能量的無(wú)源器件。在有需要的時(shí)候，電容能夠把儲(chǔ)存的能量釋出至電路。電容由兩塊導(dǎo)電的平行板構(gòu)成，在板之間填充上絕緣物質(zhì)或介電物質(zhì)。圖1和圖2分別是電容的基本結(jié)構(gòu)和符號(hào)。

當(dāng)電容連接到一電源是直流電 （DC） 的電路時(shí)，在特定的情況下，有兩個(gè)過(guò)程會(huì)發(fā)生，分別是電容的 “充電” 和 “放電”。

電容器原理——充電過(guò)程

充電過(guò)程即是電容器存儲(chǔ)電荷的過(guò)程，當(dāng)電容器與直流電源接通后，與電源正極相連的金屬極板上的電荷便會(huì)在電場(chǎng)力的作用下，向與電源負(fù)極相連的金屬極板跑去，使得與電源正極相連的金屬極板失去電荷帶正電，與電源負(fù)極相連的金屬極板得到電荷帶負(fù)電（兩金屬極板所帶電荷大小相等，符號(hào)相反），電容器開(kāi)始充電。

在電路中，電荷的移動(dòng)形成電流，由于同性電荷的排斥作用，使得電荷移動(dòng)剛開(kāi)始時(shí)，電流最大，之后逐漸減小;而電容器帶電量在電荷移動(dòng)開(kāi)始最小，為零，在電荷移動(dòng)過(guò)程中，帶電量逐漸增加，兩金屬極板間電壓逐漸增大，當(dāng)其增大至與電源電壓相等時(shí)，充電完畢，電流減小為零。

若電容與直流電源相接，見(jiàn)圖3，電路中有電流流通。兩塊板會(huì)分別獲得數(shù)量相等的相反電荷，此時(shí)電容正在充電，其兩端的電位差vc逐漸增大。一旦電容兩端電壓vc增大至與電源電壓V相等時(shí)，vc = V，電容充電完畢，電路中再?zèng)]有電流流動(dòng)，而電容的充電過(guò)程完成。

由于電容充電過(guò)程完成后，就沒(méi)有電流流過(guò)電容器，所以在直流電路中，電容可等效為開(kāi)路或R = ∞，電容上的電壓vc不能突變。

電容器原理——放電過(guò)程

放電過(guò)程即是電容器釋放存儲(chǔ)電荷的過(guò)程，當(dāng)充電完畢的電容器位于一個(gè)無(wú)電源的閉合通路中時(shí)，帶負(fù)電的金屬極板上的電荷便會(huì)在電場(chǎng)力的作用下，向帶正電的金屬極板上跑去，使得正負(fù)電荷中和掉，電容器開(kāi)始放電。

在電路中，電荷的移動(dòng)形成電流，由于異性電荷的吸引作用，使得在放電過(guò)程剛開(kāi)始時(shí)，電流最大，之后逐漸減小;電容器帶電量在放電過(guò)程開(kāi)始時(shí)最大，之后也逐漸減少，當(dāng)帶電量減小為零時(shí)，放電完畢，電流減小為零。

由于電容器充電完畢后，電路中沒(méi)有電流流過(guò)，因此電容可起到隔直流的作用，在直流電路中，可將其看作開(kāi)路。

當(dāng)切斷電容和電源的連接后，電容通過(guò)電阻RD進(jìn)行放電，兩塊板之間的電壓將會(huì)逐漸下降為零，vc = 0充電電容，見(jiàn)圖4。

在圖3和圖4中，RC和RD的電阻值分別影響電容的充電和放電速度。

電阻值R和電容值C的乘積被稱為時(shí)間常數(shù)τ，這個(gè)常數(shù)描述電容的充電和放電速度充電電容，見(jiàn)圖5。

電容值或電阻值愈小，時(shí)間常數(shù)也愈小，電容的充電和放電速度就愈快，反之亦然。

電容幾乎存在于所有電子電路中，它可以作為“快速電池”使用。如在照相機(jī)的閃光燈中，電容作為儲(chǔ)能元件，在閃光的瞬間快速釋放能量。

文章由啟和科技編輯