电容器的充电和放电

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电容器的充电与放电,1,一、电容器的充电和放电,图为电容器充、放电实验电路，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。,2,1.,电容器的充电,当开关“S”置于接点“1”，电源便向电容器充电。观察到的现象是：开始时灯泡较亮，然后逐渐变暗，从电流表可以观察到充电电流由大到小的变化，从电压表可以观察到电容器两端电压由小到大变化。经过短短一段时间，灯泡熄灭，电流表指针回到零，电压表所示电压值接近于电动势，即,，这表明电容器已充满了电荷。,3,电容器的充电过程,4,思考一下：,电容器的基本结构是在两块金属极板之间夹一层绝缘介质，在本质上它是不能导电的，那么它为什么又能储存电荷呢？,5,图为电容器充电示意图，在接上电源瞬间，电源负端的电子便向电容器的负极板流去，但由于两极板间绝缘介质不导电，所以这些负电荷只能积累在负极板上，又由于这些负电荷对绝缘介质中的电子有排斥作用，于是绝缘介质中靠近电容器负极板一侧便形成正电荷层，靠近电容器正极板一侧便形成负电荷层。正极板中的电子则被绝缘介质中的负电荷排斥到电源正极去，这样，电容器正极板上便积累下了正电荷。,6,随着正负电荷的不断积累，电容器正极板电位逐渐升高，与电源正极间的电位差逐渐减小，当两者电位达到相等时，电荷不再移动，充电电流为零，电容器两极板上所积累的电荷也就不再增加，而电荷也就被储存在电容器中了。电源负端的电子向电容器的负极板流,去,，正极板中的电子则被绝缘介质中的负电荷排斥到电源正极，从而就形成了电流。,7,2.,电容器的放电,图3-7所示电路中，,电容器充电结束后，将开关置于“2”，可以观察到小灯泡亮了一下又熄灭了。这是电容器放电引起的，这时的电容器相当于一个等效电源。在电容器两极板间电场力的作用下，负极板的负电荷不断移出与正极板的正电荷中和，电容器两端的电压也随之而下降，直至两极板上的电荷完全中和。这是电容器两极板间电压为零，电路中电流也为零。,8,电容器的放电过程,9,思考一下：,（1）电容器的充放电电流实际通过电容器的绝缘介质吗？,（2）当电容器加上交流电压时，电路中有电流流过吗？为什么？,10,（1）,电容器的充放电电流,没有,通过电容器的绝缘介质,。,（2）,当电容器加上交流电压时，电路中有电流流过,，但电流并没有流过电容器，当交流电压升高时，电容器充电储存电荷，形成充电电流，当交流电压降低时，电容器放电释放电荷，形成放电电流，交流电压不断的升高降低，电容器交替进行充电放电，使有电容器的电路中有了电流。从电容器两头看，电流的连续性似乎仍旧保持，所以通常形象地说有交流电“通过”了电容器。,11,二、电容器的简易检测,利用电容器充放电原理，可以用万用表大致判断大容量电容器的质量好坏。,那么应该怎么做呢？,检测,方法：将万用表置于欧姆档的1K档，两支表笔分别于电容器两端相接。若被测元件为电解电容器，则要注意其极性（电容器极性一般都会直接标在电容器的表面），黑表笔接电容器正极，红表笔接电容器负极。,12,13,判断质量好坏的方法：,若电容足够大且电容器质量很好，则万用表表针会先向右偏转，后很快左偏恢复到原位；,若电容器漏电量大很大，则万用表指针回不到原位，而是停留在某一刻度上，其读数即为电容器的漏电阻值。此值一般应大于几百至几千欧；,若表针偏转到欧姆零位后不再偏转回原位，说明电容器内部已短路,若表针根本就没有偏转则说明电容器内部可能已经断路，或电容很小，充放电电流很小，不足以使表针偏转。,14,三、电容器中的电场能,断电后电容器可使小灯泡发光，说明电容器在释放能量。实际上当电容器充电时，两个极板上的正、负电荷不断积累，两极板间形成了电场，电容器在储存了电荷的同时也储存了能量。理论分析和实验证明，充电电容器中储存的电场能可用下式表示：,式中,电容器中储存的电场能，单位是J；,电容器两极板间的电压，单位是V；,C电容器中的电容，单位是F；,Q电荷量，单位是C。,15,上式说明，电容器中储存的电场能量与电容器的电容成正比（当电容器的电容大时，能储存的能量多)，所以电容反映了电容器储存电场能量的能力。,当电容器充电，电容器两端电压增加时，电容器便从电压吸收能量并储存起来；而当电容器放电，两端电压降低时，它便把原来储存的电场能量释放出来，可见，电容器只与电源进行能量的转换，它本身并不消耗能量，所以说电容器是一种储能元件。,电容器两端电压的变化，反映了电容器中电场能量的变化。电容器中电场能量的积累和释放都是一个逐渐变化的过程，它只能从一种稳定状态变化到另一种稳定状态。因此，电容器两端的电压决不会发生突变，也只能是一个逐渐变化的过程。,16,四、RC电路的过渡过程,电容器充放电时，从一种稳定状态变化到另一种稳定状态所必须经历的物理过程称作,过渡过程,。电容器充电时，其两端电压逐渐增大，充电电流逐渐减少；放电时，其两端电压逐渐减小，放电电流也逐渐减小。充放电达到稳态值所用的时间与R和C的大小有关。R和C的乘积称为RC电流的时间常数，用,表示。即,时间常数单位是（s）,越大，充电、放电越慢，即过渡过程越长。反之，,越小，过渡过程就越短。在实际应用中，当过渡过程经过（35）,时间后，可认为过渡过程基本结束，已进入稳定状态了。,17,