第三节电容器充放电

1、电工基础电工基础第三节电容器的充电和放电第三节电容器的充电和放电 第四章第四章 电容电容高等教育出版社高等教育出版社复习：电容器的串并联电路的特点比较复习：电容器的串并联电路的特点比较3 32 21 1C C1 1C C1 1C C1 1C C1 1U U3 3U U2 2U U1 1U Uq3q3q2q2q1q1q q+q+q1 1-q-q1 1+q+q2 2+q+q3 3-q-q2 2-q-q3 3U UC1C1C2C2C3C3U1U1U2U2U3U3电容器的电容器的串联串联电路电路电容器的电容器的并联并联电路电路3 32 21 1C C1 1C C1 1C C1 1C C1 1U U3

2、3U U2 2U U1 1U Uq q3 3q q2 2q q1 1q qC C3 3C C2 2C C1 1C C一、电容器的充电和放电一、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。1.1.电容器的充电电容器的充电 当开关当开关“S”“S”置于接点置于接点“1”“1”，电源便向电容器充电。，电源便向电容器充电。观察到的现象是：观察到的现象是：开始时灯泡较亮，然后逐渐变暗开始时灯泡较亮，然后逐渐变暗

3、，从电，从电流表可以观察到流表可以观察到充电电流由大到小的变化充电电流由大到小的变化，从电压表可以，从电压表可以观察到观察到电容器两端电压由小到大变化电容器两端电压由小到大变化。经过短短一段时间，。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，即电动势，即 ，这表明电容器已充满了电荷。，这表明电容器已充满了电荷。电容器的充电过程电容器的充电过程思考一下：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，

4、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，图为电容器充电示意图，“ 在接上电源在接上电源瞬间，电源负端的电子便向电容器的负极板瞬间，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，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成正电荷层，靠近电容器正极板一侧便形成负电荷层。正极

5、板中的电子则被绝缘介质中负电荷层。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。正极板上便积累下了正电荷。” 随着正负电荷的不断积累，电容器正极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

6、器的在电容器中了。电源负端的电子向电容器的负极板流负极板流去去，正极板中的电子则被绝缘介质，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，从而就形成了中的负电荷排斥到电源正极，从而就形成了电流。电流。2.2.电容器的放电电容器的放电 电容器充电结束后，将开关置于电容器充电结束后，将开关置于“2”“2”，可以观察到小灯泡，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

7、和，电容器两端的电压也随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。电压为零，电路中电流也为零。电容器的放电过程电容器的放电过程思考一下：思考一下：（1 1）电容器的充放电电流实际通过电容器的绝缘）电容器的充放电电流实际通过电容器的绝缘介质吗？介质吗？（2 2）当电容器加上交流电压时，电路中有电流流）当电容器加上交流电压时，电路中有电流流过吗？为什么？过吗？为什么？ （1 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

8、绝缘介质绝缘介质。 （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

9、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。二、电容器中的充、放电电流二、电容器中的充、放电电流说明说明: :电路中的电流是由于电容器充放电形成的，并非电电路中的电流是由于电容器充放电形成的，并非电荷直接通过了介质。所以，要在电路中得到持续的电流，荷直接通过了介质。所以，要在电路中得到持续的电流，就必须让电容器不断地充电、放电就必须让电容器不断地充电、放电. 充放电过程中，电容器极板上储存的电荷发生了变化，充放电过程中，电容器极板上储存的电荷发生了变化，电路中有电流产生。设在电路中有电流产生。设在 时间段内，电容器极板上的时间段内，电容器极板上的电荷增

10、加了电荷增加了q q ，则电路中的电流大小为：，则电路中的电流大小为：由由q = C uC 得得q = CuC 知知：i =qti = CuCti i 充放电电流，充放电电流，A A；C C 电容器电容量，电容器电容量，F F；uuC C 电容器两端电压变化，电容器两端电压变化，V V；t t 电流变化时间，电流变化时间，s s。课堂练习课堂练习1、电容器在、电容器在充电充电过程中，电容器两端电压由过程中，电容器两端电压由 变变 ， 最后等于最后等于 ；电流会由；电流会由 变变 ，最后变，最后变 为为 ，充电结束，充电结束 。2、电容器在、电容器在放电放电过程中，电容器两端电压由过程中，电容器

11、两端电压由 变变 ， 最后等于最后等于 ；电流也由；电流也由 变变 ，最后变，最后变 为为 ，放电结束。，放电结束。小小0 0大大电源电压电源电压大大小小大大小小0 00 0大大小小3 3、有一只、有一只0.1F0.1F的电容器，若以直流电流充电，的电容器，若以直流电流充电，在在100s100s内相应的电压变化量为内相应的电压变化量为10V10V，试求该段，试求该段时间的充电的电流为多少？时间的充电的电流为多少？i =i = Cu uC Ctt解解: := 0.1= 0.11010100100= 0.01A= 0.01A4、有一只有一只0.5F0.5F的电容器，若以直流电流的电容器，若以直流电

12、流充电，在充电，在400400s s内相应的电压变化量为内相应的电压变化量为40V40V，试求该段时间的充电的电流为多少？试求该段时间的充电的电流为多少？解：解：tUc Ci= 0.5x10= 0.5x10-6-6FxFx40V40V400 x10400 x10-6-6s s= 0.05A= 0.05A5 5、有一只、有一只47uF47uF的电容器，若以直流电流充的电容器，若以直流电流充电，在某时间内的充电的电流为电，在某时间内的充电的电流为1A1A，相应的，相应的电压变化量为电压变化量为200V200V，试问要多长时间可以充，试问要多长时间可以充满电？满电？解：解：C CU Uc c/ /i

13、 it t t tU Uc c C Ci i得得由由= 47x10= 47x10-6-6x200/1x200/1= 9.4x10= 9.4x10-3-3s s小结：小结：1 1、电容器的充、放电过程、电容器的充、放电过程极板电荷量极板电荷量电压电压充电过程充电过程放电过程放电过程逐渐增加逐渐增加逐渐减少逐渐减少由大变小由大变小由小变大由小变大2 2、电容器充、放电电流大小的计算、电容器充、放电电流大小的计算i =qtti i = C = Cu uC Ctt三、电容器的简易检测三、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利用电容器充放电原理，可以用万用表大致判断大容

14、量电容器的质量好坏。器的质量好坏。那么应该怎么做呢？那么应该怎么做呢？ 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 档档或或100100档档，两支两支表笔分别与电容器两端相接。若被测元件为电解电容器，则要注表笔分别与电容器两端相接。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。笔接电容器正极，红表笔接电容器负极。 理想的电容其两极间的电阻值是无穷大，若两极间的阻值非理想的电容其两极间的电阻值是无穷大，若两极间的阻值非无穷大即可说该无穷大

15、即可说该电容漏电电容漏电。实际中的电容绝缘电阻不可能是无穷。实际中的电容绝缘电阻不可能是无穷大，但应该非常大，否则接于电路后将有一定的电流通过该电容，大，但应该非常大，否则接于电路后将有一定的电流通过该电容，使电路不能良好工作，造成电容漏电。使电路不能良好工作，造成电容漏电。实际的电容器由于介质漏电及其他原因，也要消耗一些能实际的电容器由于介质漏电及其他原因，也要消耗一些能量，使电容器发热，这种能量消耗称为电容器的损耗。量，使电容器发热，这种能量消耗称为电容器的损耗。判断质量好坏的方法：判断质量好坏的方法：若电容足够大且电容器质量很好，则万用表表针若电容足够大且电容器质量很好，则万用表表针会先

16、向右偏转，后很快左偏恢复到原位；会先向右偏转，后很快左偏恢复到原位；若电容器漏电量大，则万用表指针回不到原位，而若电容器漏电量大，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。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；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电容器内部已短路( (击穿击穿) )若表针根本就没有偏转则说明电容器内部可能已经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，不足以使表针断路，或电容很小，充放

17、电电流很小，不足以使表针偏转。偏转。对非电解电容的质量检测的示意图检测现象检测现象测量时表针向右偏转角度不大，测量时表针向右偏转角度不大，说明电容器有一定的充电现象。说明电容器有一定的充电现象。指针按逆时针方向逐渐退指针按逆时针方向逐渐退回回“”“”处，表针稳定后处，表针稳定后所指的读数就是该电容器所指的读数就是该电容器的漏电的电阻值的漏电的电阻值 1 1、可以用万用表电阻挡的任何一个倍率来检测较大容量、可以用万用表电阻挡的任何一个倍率来检测较大容量的电容器的质量。的电容器的质量。 （ ）、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表笔分、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表笔分别与电容器

18、的两端接触时，发现指针根本就不偏转，这说别与电容器的两端接触时，发现指针根本就不偏转，这说明电容器内部已短路。明电容器内部已短路。 （）练习：判断题练习：判断题3、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表笔分、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表笔分别与电容器的两端接触时，若指针偏转到零欧位置后不再别与电容器的两端接触时，若指针偏转到零欧位置后不再回去，说明电容器内部短路。回去，说明电容器内部短路。 （ ）四、电容器中的电场能四、电容器中的电场能 充电后的电容器可使小灯泡发光，说明电容器在释充电后的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、负放能

19、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电容器中储存的电场能 可用下式表示：可用下式表示：式中式中 W WC C 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；U UC C 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；C C 电容器中的电容，单位是电容器中的电容，单位是F F；Q Q 电荷量，单位是电荷量，单位是C C。22121CCCCUQUW 上式说明，电容器中储存的电场能量与电容器的电容上式说明，电容器中储存的电场能量与电容器的电容成正比（当电容器的电容成正