1.电容器是如何充电的 ?
使电容器带电的过程叫作充电。如图1-15所示,在开关SW未闭合前(见图1-15a),电容器 C 上没有电荷, C 两端也没有电压。当开关SW闭合后(见图1-15b),电路中电流 I 由直流电源 E (电池)的正极流向电容器,这个电流就是充电电流。随着充电电流的流动,电容器的两个极板上分别聚集起电量相等的正、负电荷(上极板上的电子因被电池正极吸引失去电子,而保留正电荷;下极板因得到电子而为负电荷)。由于电容器上有电荷存在,故电容器两端就有了电压,这个电压的极性为上正下负,大小与电容器内充入的电荷量呈正比。具体关系如下所示:
图1-15 电容器的充电过程
a)电路组成 b)充电过程
U C = Q/C
式中 U C ——电容器两端的电压;
Q ——电容器中的电荷量;
C ——电容值。
随着充电的进行,电容器两个极板上的电荷越来越多,电容器两端电压也越来越高,而充电电流 I 却越来越小。当电容器两端的电压上升到与电源电压相等时,充电电流 I 等于零,充电过程结束。
由于电容器的两个极板之间是绝缘的,两个极板上的正、负电荷不能中和,而只能保留在电容器的两个极板上,因此电容器两端仍然保持原有的电压。这就是电容器存储电荷的作用,其存储的电荷与所加的电压成正比。
2.电容器是如何放电的?
充电后的电容器失去电荷的过程叫作放电。如图1-16a所示,经过充电的电容器,在开关SW闭合后与电阻构成了一个闭合回路,电容器两端的电压加在电阻 R 上,便形成放电电流 I ,这个电流的方向与充电电流方向相反,即从带有正电荷的极板上通过开关SW、电阻 R 到达电容器带有负电荷的极板。随着放电电流的流动,电容器两极板上的正、负电荷不断中和,并且越来越少,电容器两端的电压也越来越低。直到正、负电荷全部中和,电容器两端的电压为零时,放电电流也为零,放电过程结束。
图1-16 电容器的放电过程和通交特性
a)放电过程 b)通交特性