电容器的充电和放电

1、 一、电容器的充电和放电 图为电容器充、放电实验电路，其中图为电容器充、放电实验电路，其中 C C大容量（储存电荷多）未充电的电容器，大容量（储存电荷多）未充电的电容器， E E为内阻很小的直流电源，为内阻很小的直流电源，HLHL为小灯泡。为小灯泡。 1.电容器的充电 当开关当开关“S”“S”置于接点置于接点“1”“1”，电源便，电源便 向电容器充电。观察到的现象是：开始时向电容器充电。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表

2、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表指针回到零，电压表所示电压值接近于 电动势，即电动势，即 ，这表明电容器已充，这表明电容器已充 满了电荷。满了电荷。 电容器的充电过程 思考一下： 电容器的基本结构是在两块金属极板之间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，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？那么它为什么又能储存电荷呢？ 图为电容器充电示意图，在接上电源瞬间，图为电容器充电示意图，在接上电源瞬间， 电源负端的电

3、子便向电容器的负极板流去，但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

4、正正极去，这样，电容器正极板上便积累下了正 电荷。电荷。 随着正负电荷的不断积累，电容器正极板电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，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端的电子向电容器的负极板流去去，正极板中的电，正极板中的电 子则被绝缘介质中的负电荷排斥到电源

5、正极，从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。而就形成了电流。 2.电容器的放电 图图3-73-7所示电路中，所示电路中，电容器充电结束后，将电容器充电结束后，将 开关置于开关置于“2”“2”，可以观察到小灯泡亮了一下又，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，正电荷中和，电容器两端的电压

6、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。板间电压为零，电路中电流也为零。 电容器的放电过程 思考一下： （1 1）电容器的充放电电流实际通过电容器的）电容器的充放电电流实际通过电容器的 绝缘介质吗？绝缘介质吗？ （2 2）当电容器加上交流电压时，电路中有电）当电容器加上交流电压时，电路中有电 流流过吗？为什么？流流过吗？为什么？ （1）电容器的充放电电流电容器的充放电电流没有没有通过电容器的通过电容器的 绝缘介质绝缘介质。 （2）当电容器加上交流电压时，电路中有电当电容器加上交流电压时，电路中有电 流

7、流过流流过，但电流并没有流过电容器，当交流电压，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，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。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，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所以通常形象地说有交流电“通过通过”了电容器。了电容器。

8、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。致判断大容量电容器的质量好坏。那么应该怎那么应该怎 么做呢？么做呢？ 检测检测方法：将万用表置于欧姆档的方法：将万用表置于欧姆档的1K1K档，两支档，两支 表笔分别于电容器两端相接。若被测元件为电解电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。笔接电容器负极。 判断质量好坏的

9、方法： 若电容足够大且电容器质量很好，则万用表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；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；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，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若表针根本就没有偏

10、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，不足已经断路，或电容很小，充放电电流很小，不足 以使表针偏转。以使表针偏转。 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实验证明，充电电容器中储存的电场能可用下式

11、表 示：示： 式中式中 电容器中储存的电场能，单位是电容器中储存的电场能，单位是J J； 电容器两极板间的电压，单位是电容器两极板间的电压，单位是V V； CC电容器中的电容，单位是电容器中的电容，单位是F F； QQ电荷量，单位是电荷量，单位是C C。 2 2 1 2 1 CCC CUQUW 上式说明，电容器中储存的电场能量与电容器的电上式说明，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。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

12、，电容器便当电容器充电，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，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，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。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的变化。电容器中电场能量的积累和释放都是一个逐

13、渐 变化的过程，它只能从一种稳定状态变化到另一种稳定变化的过程，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。能是一个逐渐变化的过程。 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状态所必须经历的物理过程称作过渡过程过渡过程。电容器充电。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，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到稳态值所用的时间与R R和和C C的大小有关。的大小有关。R R和和C C的乘积称的乘积称 为