电容器的充电和放电课件

电容器的充电与放电一、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。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。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？

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。

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。电容器的放电过程思考一下：（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？（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。判断质量好坏的方法：①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；②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；③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④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。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。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τ表示。即时间常数单位是（s）τ越大，充