电容充放电原理
关于书本29页电容充放电电路图解释如下:
在开关未接通之前,电容C中没有电荷。在开关S闭合之后,直流电源E开始对电容器充电,此时电路中有电流流动;当充电一段时间后,电容器C上、下板上充有图示的电荷,即上极板为正电荷,下极板为负电荷。由于上、下极板之间是绝缘的,所以电容器C上、下极板上的正负电荷不能复合,在电容器上、下极板的电荷保留住了。由于电容器极板上之间的电荷随着充电进行愈来愈多,电容器两极板之间的电压愈来愈大,当充电到一定程度之后,电容器C两极板上的电压等于直流电源的电压E时,此时充电结束了。
在这段话里面有些难理解的地方:
1、既然电容两极板之间是绝缘的,那么这个电路肯定就是断开的,为什么还存在电流呢?所指的这个电流是不是只是电源正极到上极板有电流,和电源负极到下极板有电流呢?
2、当充电一段时间后,电容器C上、下板上充有图示的电荷,即上极板为正电荷,下极板为负电荷。那么这个电荷是怎样附上去的呢?是不是上极板的电荷是电源正极给的。下极板的电荷是电源负极给的? 首先,明确两点
1、电流的形成只要电荷的定向移动,不一定要闭合电路。
2、电路能导电是因为导体中的电子在电源电压的作用下做定向移动,形成电流而“导电”。在这里,电源相当于一个“抽水机”,将正极附近的电子抽到负极。正极的电子少了,离正极更远处的电子就流过来,负极多了,就流向离负极更远的地方。这样一直循环,电子就相当于从负极出发,绕电路一圈,回到正极,经过电源,再从负极出发,形成了定向移动,也就形成了持续电流。若断路了,这个电流就不能持续下去了,也就是我们通常所说的没有电流。
好,来看给电容充电的电路。电源还是像抽水机一样在工作,电子就从负极一直跑,跑到电容器下面那个极板,断了没路了,就聚集在那里。这多电子那里来?从正极。正极的呢?从正极附近。附近的呢?从更远处„„最远就是电容器的上面的极板。电子跑了,只剩带正电的粒子,那上级板就带正电,下级板有太多电子了,就带负电。
金外高二物理学案
在这过程中,电子定向移动了,所以有电流,只不过不是持续电流,而是瞬间的电流 所以不是断开的电路就没有电流,只要有导体,就可能有电流。只是这个电流不是持续的,我们通常把它叫做充电或放电电流。而且不是只有正极到上级板,负极到下级板才有。电源里也是有的。也就是说连接上下极板的电路中都有电流的存在,且大小处处相等。
极板上附着的电荷可以说是被电源“推”上去的,像抽水机把水从低处抽到高处,电源把电子从上级板拉到下级板,。但我们知道,抽水机的抽水高度是有限的,不可能把水抽到无限高。同样,电源的电压是有限的。而在电子聚集的同时,电容器两端也会形成电势差,类似于电压,且慢慢增大。这时电容器就相当于一个电源了,且上极板相当于正极,下极板负极。等到电容器的电势差和电源的电压一样大时,就相当于抽水机到了抽水的极限高度,抽不上去了,也就是电子不再定向移动,不能再附着到极板上了。这是就没有电流了,通常人们说它断路了。其实这就是电容器完成了充电的过程。 但不能说上极板的电荷是正极给的,下极板的电荷是负极给的。应该是下极板的正电荷是上极板自己的。极板显电性的原因是电子的得失。电子走了,原本中性的原子就带正电荷,得到的就说带负电荷。
断开电源后,由于两极板间是绝缘的,正负电荷只能相互吸引,而不能结合在一起,不考虑电荷的流失(如果空气潮湿的话,电荷很容易被导走)所带电荷就不会消失,也不会中和,保持不变(这样,电势差就一直存在,直到你要放电,将两极板用导线一连,电子就会沿导线从下极板移动到上极板,电势差就消失了。
从电场的角度,只要接上电源,电路里就有电场,导线刚刚与两极相连时电势并不相等,也就是说导体处于非静电平衡状态,自由电子就要由电势低的地方流到电势高的地方,直到电极,导线与极板电势相等时,处于静电平衡,电荷不再移动,这样充电才结束。电源的本质就是制造电势差(电压),只要与同一个电源始终相连,电容器两端电压就一定会和电源相等。放电过程,把上极板与下极板相连,由于电势差的存在,电子就会沿导线从下极板移动到上极板,电势差就消失了。
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