電容器的充電和放電3-15

1、復(fù)習(xí)：電容器的串并聯(lián)電路的特點(diǎn)比較復(fù)習(xí)：電容器的串并聯(lián)電路的特點(diǎn)比較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電容器的電容器的串聯(lián)串聯(lián)電路電路電容器的電容器的并聯(lián)并聯(lián)電路電路3 32 21 1C C1 1C C1 1C C1 1C C1 1U3U3U2U2U1U1U Uq3q3q2q2q1q1q qC C3 3C C2 2C C1 1C C一、電容器的充電和放電

2、圖為電容器充、放電實(shí)驗(yàn)電路，其中圖為電容器充、放電實(shí)驗(yàn)電路，其中C C大容量（儲(chǔ)存電荷多）未充電的電容器，大容量（儲(chǔ)存電荷多）未充電的電容器，E E為內(nèi)阻很小的直流電源，為內(nèi)阻很小的直流電源，HLHL為小燈泡。為小燈泡。1.電容器的充電 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)“S”“S”置于接點(diǎn)置于接點(diǎn)“1”“1”，電源便，電源便向電容器充電。觀察到的現(xiàn)象是：開始時(shí)向電容器充電。觀察到的現(xiàn)象是：開始時(shí)燈泡較亮，然后逐漸變暗，從電流表可以燈泡較亮，然后逐漸變暗，從電流表可以觀察到充電電流由大到小的變化，從電壓觀察到充電電流由大到小的變化，從電壓表可以觀察到電容器兩端電壓由小到大變表可以觀察到電容器兩端電壓由小到大變化。經(jīng)

3、過短短一段時(shí)間，燈泡熄滅，電流化。經(jīng)過短短一段時(shí)間，燈泡熄滅，電流表指針回到零，電壓表所示電壓值接近于表指針回到零，電壓表所示電壓值接近于電動(dòng)勢(shì)，即電動(dòng)勢(shì)，即 ，這表明電容器已充，這表明電容器已充滿了電荷。滿了電荷。 當(dāng)當(dāng)S合向合向1時(shí)，電源向電容器充電，這時(shí)看到白時(shí)，電源向電容器充電，這時(shí)看到白熾燈熾燈EL開始開始 ，然后逐漸，然后逐漸 ，最后，最后燈泡燈泡 。從電流表。從電流表A1可觀察到充電電流可觀察到充電電流在在 ，而從電壓表，而從電壓表V上看到讀數(shù)在上看到讀數(shù)在 。經(jīng)過一段時(shí)間后，電流表經(jīng)過一段時(shí)間后，電流表A1的讀數(shù)為的讀數(shù)為 ，電壓表電壓表V的讀數(shù)為的讀數(shù)為 。 A1A2VSCE

4、例題：21較亮較亮變暗變暗減小減小增大增大0 0E E滅滅電容器的充電過程思考一下： 電容器的基本結(jié)構(gòu)是在兩塊金屬極板之間電容器的基本結(jié)構(gòu)是在兩塊金屬極板之間夾一層絕緣介質(zhì)，在本質(zhì)上它是不能導(dǎo)電的，夾一層絕緣介質(zhì)，在本質(zhì)上它是不能導(dǎo)電的，那么它為什么又能儲(chǔ)存電荷呢？那么它為什么又能儲(chǔ)存電荷呢？ 圖為電容器充電示意圖，在接上電源瞬間，圖為電容器充電示意圖，在接上電源瞬間，電源負(fù)端的電子便向電容器的負(fù)極板流去，但電源負(fù)端的電子便向電容器的負(fù)極板流去，但由于兩極板間絕緣介質(zhì)不導(dǎo)電，所以這些負(fù)電由于兩極板間絕緣介質(zhì)不導(dǎo)電，所以這些負(fù)電荷只能積累在負(fù)極板上，又由于這些負(fù)電荷對(duì)荷只能積累在負(fù)極板上，又由于

5、這些負(fù)電荷對(duì)絕緣介質(zhì)中的電子有排斥作用，于是絕緣介質(zhì)絕緣介質(zhì)中的電子有排斥作用，于是絕緣介質(zhì)中靠近電容器負(fù)極板一側(cè)便形成正電荷層，靠中靠近電容器負(fù)極板一側(cè)便形成正電荷層，靠近電容器正極板一側(cè)便形成負(fù)電荷層。正極板近電容器正極板一側(cè)便形成負(fù)電荷層。正極板中的電子則被絕緣介質(zhì)中的負(fù)電荷排斥到電源中的電子則被絕緣介質(zhì)中的負(fù)電荷排斥到電源正極去，這樣，電容器正極板上便積累下了正正極去，這樣，電容器正極板上便積累下了正電荷。電荷。 隨著正負(fù)電荷的不斷積累，電容器正極板電隨著正負(fù)電荷的不斷積累，電容器正極板電位逐漸升高，與電源正極間的電位差逐漸減小，位逐漸升高，與電源正極間的電位差逐漸減小，當(dāng)兩者電位達(dá)到

6、相等時(shí)，電荷不再移動(dòng)，充電電當(dāng)兩者電位達(dá)到相等時(shí)，電荷不再移動(dòng)，充電電流為零，電容器兩極板上所積累的電荷也就不再流為零，電容器兩極板上所積累的電荷也就不再增加，而電荷也就被儲(chǔ)存在電容器中了。電源負(fù)增加，而電荷也就被儲(chǔ)存在電容器中了。電源負(fù)端的電子向電容器的負(fù)極板流去，正極板中的電端的電子向電容器的負(fù)極板流去，正極板中的電子則被絕緣介質(zhì)中的負(fù)電荷排斥到電源正極，從子則被絕緣介質(zhì)中的負(fù)電荷排斥到電源正極，從而就形成了電流。而就形成了電流。2.電容器的放電 圖圖3-73-7所示電路中，電容器充電結(jié)束后，將所示電路中，電容器充電結(jié)束后，將開關(guān)置于開關(guān)置于“2”“2”，可以觀察到小燈泡亮了一下又，可以觀

7、察到小燈泡亮了一下又熄滅了。這是電容器放電引起的，這時(shí)的電容器熄滅了。這是電容器放電引起的，這時(shí)的電容器相當(dāng)于一個(gè)等效電源。在電容器兩極板間電場(chǎng)力相當(dāng)于一個(gè)等效電源。在電容器兩極板間電場(chǎng)力的作用下，負(fù)極板的負(fù)電荷不斷移出與正極板的的作用下，負(fù)極板的負(fù)電荷不斷移出與正極板的正電荷中和，電容器兩端的電壓也隨之而下降，正電荷中和，電容器兩端的電壓也隨之而下降，直至兩極板上的電荷完全中和。這是電容器兩極直至兩極板上的電荷完全中和。這是電容器兩極板間電壓為零，電路中電流也為零。板間電壓為零，電路中電流也為零。 A1A2VSCE12EL例題例題: :較亮較亮變暗變暗減小減小減小減小0 00 0當(dāng)電容器充電

8、結(jié)束后，把當(dāng)電容器充電結(jié)束后，把S從接點(diǎn)從接點(diǎn)1合向接點(diǎn)合向接點(diǎn)2時(shí)，電時(shí)，電容器便開始放電。這時(shí)看到燈泡容器便開始放電。這時(shí)看到燈泡EL開始開始 ，然，然后逐漸后逐漸 ，最后燈泡，最后燈泡 。從電流表從電流表A2A2可觀察可觀察到充電電流在到充電電流在 ，而從電壓表，而從電壓表V V上看到讀數(shù)上看到讀數(shù)在在 。經(jīng)過一段時(shí)間后，電流表。經(jīng)過一段時(shí)間后，電流表A2A2的讀數(shù)的讀數(shù)為為 ，電壓表，電壓表V V的讀數(shù)為的讀數(shù)為 。滅滅電容器的放電過程思考一下：（1 1）電容器的充放電電流實(shí)際通過電容器的）電容器的充放電電流實(shí)際通過電容器的絕緣介質(zhì)嗎？絕緣介質(zhì)嗎？（2 2）當(dāng)電容器加上交流電壓時(shí)，電路

9、中有電）當(dāng)電容器加上交流電壓時(shí)，電路中有電流流過嗎？為什么？流流過嗎？為什么？ （1）電容器的充放電電流沒有通過電容器的電容器的充放電電流沒有通過電容器的絕緣介質(zhì)。絕緣介質(zhì)。 （2）當(dāng)電容器加上交流電壓時(shí)，電路中有電當(dāng)電容器加上交流電壓時(shí)，電路中有電流流過，但電流并沒有流過電容器，當(dāng)交流電壓流流過，但電流并沒有流過電容器，當(dāng)交流電壓升高時(shí)，電容器充電儲(chǔ)存電荷，形成充電電流，升高時(shí)，電容器充電儲(chǔ)存電荷，形成充電電流，當(dāng)交流電壓降低時(shí)，電容器放電釋放電荷，形成當(dāng)交流電壓降低時(shí)，電容器放電釋放電荷，形成放電電流，交流電壓不斷的升高降低，電容器交放電電流，交流電壓不斷的升高降低，電容器交替進(jìn)行充電放電

10、，使有電容器的電路中有了電流。替進(jìn)行充電放電，使有電容器的電路中有了電流。從電容器兩頭看，電流的連續(xù)性似乎仍舊保持，從電容器兩頭看，電流的連續(xù)性似乎仍舊保持，所以通常形象地說有交流電所以通常形象地說有交流電“通過通過”了電容器。了電容器。1 1、充電過程中充電過程中，隨著電容器兩極板上所帶的電，隨著電容器兩極板上所帶的電荷量的增加，荷量的增加，電容器兩端電壓電容器兩端電壓逐漸逐漸增大增大，充電充電電流電流逐漸逐漸減小減小，當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，電流為電流為零零，電，電容器兩端電壓容器兩端電壓U UC C = = E E2 2、放電過程中放電過程中，電路中的電流從最大逐漸變成，電路中的電流

11、從最大逐漸變成零，電容器兩端的電壓從增大慢慢變成零。零，電容器兩端的電壓從增大慢慢變成零。三、電容器中的充放電的電流三、電容器中的充放電的電流設(shè)在設(shè)在 時(shí)間段內(nèi)，電容器極板上的電荷增時(shí)間段內(nèi)，電容器極板上的電荷增加了加了q q ，則電路中的電流大小為：則電路中的電流大小為：因?yàn)橐驗(yàn)閝=CUq=CUC C，可知，可知q=Cq=Cu uC C，所以：，所以：i =qti = Ci = Cu uC Ctti充放電電流，單位符號(hào)充放電電流，單位符號(hào):A；C電容器電容量，單位符號(hào)：電容器電容量，單位符號(hào)：F；uC電容器兩端變化電壓，單位符號(hào)：電容器兩端變化電壓，單位符號(hào)：V；t電流變化時(shí)間，單位符號(hào)：電

12、流變化時(shí)間，單位符號(hào)：s。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1、電容器在、電容器在充電充電過程中，電容器兩端電壓由過程中，電容器兩端電壓由 變變 ， 最后等于最后等于 ；電流會(huì)由；電流會(huì)由 變變 ，最后變，最后變 為為 ，充電結(jié)束，充電結(jié)束 。2、電容器在、電容器在放電放電過程中，電容器兩端電壓由過程中，電容器兩端電壓由 變變 ， 最后等于最后等于 ；電流也由；電流也由 變變 ，最后變，最后變 為為 ，放電結(jié)束。，放電結(jié)束。小小0 0大大電源電壓電源電壓大大小小大大小小0 00 0大大小小3 3、有一只、有一只0.1F0.1F的電容器，若以直流電流充電，的電容器，若以直流電流充電，在在100s100s內(nèi)相應(yīng)的電

13、壓變化量為內(nèi)相應(yīng)的電壓變化量為10V10V，試求該段，試求該段時(shí)間的充電的電流為多少？時(shí)間的充電的電流為多少？i =i = Cu uC Ctt解解: := 0.1= 0.11010100100= 0.01A= 0.01A4、有一只有一只0.5uF0.5uF的電容器，若以直流電流充的電容器，若以直流電流充電，在電，在400s400s內(nèi)相應(yīng)的電壓變化量為內(nèi)相應(yīng)的電壓變化量為40V40V，試求，試求該段時(shí)間的充電的電流為多少？該段時(shí)間的充電的電流為多少？解：解：t tU Uc c C Ci i =0.5x10=0.5x10-6-6FxFx40V40V400s400s=0.05A=0.05A5 5、有

14、一只、有一只47uF47uF的電容器，若以直流電流充的電容器，若以直流電流充電，在某時(shí)間內(nèi)的充電的電流為電，在某時(shí)間內(nèi)的充電的電流為1A1A，相應(yīng)的，相應(yīng)的電壓變化量為電壓變化量為200V200V，試問要多長時(shí)間可以充，試問要多長時(shí)間可以充滿電？滿電？解：解：C CU Uc ct tit tU Uc c C Ci i得得由由=1x47x10=1x47x10-6-6x200 x200=9.4x10=9.4x10-3-3s s小結(jié)：小結(jié)：1 1、電容器的充放電過程、電容器的充放電過程極板電荷量極板電荷量電壓電壓充電過程充電過程放電過程放電過程逐漸增加逐漸增加逐漸減少逐漸減少由大變小由大變小由小變大

15、由小變大2 2、電容器充、放電電流大小的計(jì)算、電容器充、放電電流大小的計(jì)算i =qt二、電容器的簡(jiǎn)易檢測(cè) 利用電容器充放電原理，可以用萬用表大利用電容器充放電原理，可以用萬用表大致判斷大容量電容器的質(zhì)量好壞。那么應(yīng)該怎致判斷大容量電容器的質(zhì)量好壞。那么應(yīng)該怎么做呢？么做呢？ 檢測(cè)方法：將萬用表置于歐姆檔的檢測(cè)方法：將萬用表置于歐姆檔的1K1K檔，兩支檔，兩支表筆分別于電容器兩端相接。若被測(cè)元件為電解電表筆分別于電容器兩端相接。若被測(cè)元件為電解電容器，則要注意其極性（電容器極性一般都會(huì)直接容器，則要注意其極性（電容器極性一般都會(huì)直接標(biāo)在電容器的表面），黑表筆接電容器正極，紅表標(biāo)在電容器的表面），

16、黑表筆接電容器正極，紅表筆接電容器負(fù)極。筆接電容器負(fù)極。判斷質(zhì)量好壞的方法：若電容足夠大且電容器質(zhì)量很好，則萬用表若電容足夠大且電容器質(zhì)量很好，則萬用表表針會(huì)先向右偏轉(zhuǎn)，后很快左偏恢復(fù)到原位；表針會(huì)先向右偏轉(zhuǎn)，后很快左偏恢復(fù)到原位；若電容器漏電量大很大，則萬用表指針回不到若電容器漏電量大很大，則萬用表指針回不到原位，而是停留在某一刻度上，其讀數(shù)即為電容原位，而是停留在某一刻度上，其讀數(shù)即為電容器的漏電阻值。此值一般應(yīng)大于幾百至幾千歐；器的漏電阻值。此值一般應(yīng)大于幾百至幾千歐；若表針偏轉(zhuǎn)到歐姆零位后不再偏轉(zhuǎn)回原位，若表針偏轉(zhuǎn)到歐姆零位后不再偏轉(zhuǎn)回原位，說明電容器內(nèi)部已短路說明電容器內(nèi)部已短路若表

17、針根本就沒有偏轉(zhuǎn)則說明電容器內(nèi)部可能若表針根本就沒有偏轉(zhuǎn)則說明電容器內(nèi)部可能已經(jīng)斷路，或電容很小，充放電電流很小，不足已經(jīng)斷路，或電容很小，充放電電流很小，不足以使表針偏轉(zhuǎn)。以使表針偏轉(zhuǎn)。1 1、可以用萬用表電阻擋的任何一個(gè)倍率來檢測(cè)較大容量、可以用萬用表電阻擋的任何一個(gè)倍率來檢測(cè)較大容量的電容器的質(zhì)量。的電容器的質(zhì)量。 （ ）、在檢測(cè)較大容量電容器的質(zhì)量時(shí)，當(dāng)萬用表的表棒分、在檢測(cè)較大容量電容器的質(zhì)量時(shí)，當(dāng)萬用表的表棒分別與電容器的兩端接觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)指針根本就不偏轉(zhuǎn)，這說別與電容器的兩端接觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)指針根本就不偏轉(zhuǎn)，這說明電容器內(nèi)部已短路。明電容器內(nèi)部已短路。 （）練習(xí)：判斷題練習(xí)：判斷題3、

18、在檢測(cè)較大容量電容器的質(zhì)量時(shí)，當(dāng)萬用表的表棒分、在檢測(cè)較大容量電容器的質(zhì)量時(shí)，當(dāng)萬用表的表棒分別與電容器的兩端接觸時(shí)，若指針偏轉(zhuǎn)到零歐位置后不再別與電容器的兩端接觸時(shí)，若指針偏轉(zhuǎn)到零歐位置后不再回去，說明電容器內(nèi)部短路?；厝?，說明電容器內(nèi)部短路。 （ ） 用紅黑表筆任意接電容器的兩端，測(cè)量用紅黑表筆任意接電容器的兩端，測(cè)量一下電容器的漏電阻，記錄其大小。再一下電容器的漏電阻，記錄其大小。再將電容器的兩引腳相碰短路放電后，再將電容器的兩引腳相碰短路放電后，再交換表筆進(jìn)行測(cè)量，讀出漏電阻。比較交換表筆進(jìn)行測(cè)量，讀出漏電阻。比較兩次漏電阻的大小，兩次漏電阻的大小，阻值大阻值大的一次黑表的一次黑表筆所

19、接為電解電容的筆所接為電解電容的正極正極。二、電解電容極性判別二、電解電容極性判別三、電容器中的電場(chǎng)能 斷電后電容器可使小燈泡發(fā)光，說明電容器在斷電后電容器可使小燈泡發(fā)光，說明電容器在釋放能量。實(shí)際上當(dāng)電容器充電時(shí)，兩個(gè)極板上的釋放能量。實(shí)際上當(dāng)電容器充電時(shí)，兩個(gè)極板上的正、負(fù)電荷不斷積累，兩極板間形成了電場(chǎng)，電容正、負(fù)電荷不斷積累，兩極板間形成了電場(chǎng)，電容器在儲(chǔ)存了電荷的同時(shí)也儲(chǔ)存了能量。理論分析和器在儲(chǔ)存了電荷的同時(shí)也儲(chǔ)存了能量。理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，充電電容器中儲(chǔ)存的電場(chǎng)能可用下式表實(shí)驗(yàn)證明，充電電容器中儲(chǔ)存的電場(chǎng)能可用下式表示：示：式中式中 電容器中儲(chǔ)存的電場(chǎng)能，單位是電容器中儲(chǔ)存的電場(chǎng)能，單位是J J；電容器兩極板間的電壓，單位是電容器兩極板間的電壓，