電感與電容都是儲能元件。如果兩端有電壓差,電容會以電場能的形式儲存能量;電感會以磁場能的形式儲存能量。表現出來的現象,是電容兩端有壓差,這個壓差用萬用表很容易就能檢測到;電感周圍有磁場,然而這個磁場并不容易被檢測出來,不那么直觀。給電容兩端施加電壓,稱為充電;給電感兩端施加電壓,稱為充電也可以,更形象的說法是“充磁”。
電容不喜歡電壓的變化,如果由于外部原因導致電容兩端的電壓要增大,電容會先儲存電荷,放慢電壓增大的速度;如果外部原因導致電容兩端的電壓要減小,電容會釋放自己儲存的電荷,放慢電壓減小的速度。只分析變化的這一瞬間的話,可以說,電容兩端電壓不能突變。
電感不喜歡電流變化,如果由于外部原因導致流過電感的電流要增大,那么電感產生的磁場會變強,阻礙電流變大;如果由于外部原因導致流過電感的電流要減小,那么電感產生的磁場會在電感自身上感應出電流來,放電阻礙電流變小。也可以說,電感內部的電流不能突變。
電感產生的電流與外部電路的電阻大小沒有關系,如果有個電阻R跟電感串聯,電感放出的電流為I,那么電阻上會感應出的電壓就是U=I*R。這個電壓可以比給電感充電的電壓還大,人們常常利用 電感的這個特性產生高電壓。由于電感產生的磁場可以在附近的另外一個導體上感應出電流來,通過磁場實現“無形”的能量傳遞,人們常常利用這個特性來進行通信,或者能量傳遞。
電感與電容很多特性是對立的,把他倆進行串聯或者并聯,得到的電路也很有意思。在此我們只討論LC并聯的情況。
假設電感與電容都是理想元器件,不存在損耗。初始狀態的時候電容內部儲存了電荷。
假設為初始狀態,電容充滿電荷,上極板電壓高 | 電感沒有產生磁場。這個瞬間沒有電流。 |
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電容放電,電壓差減小。電流方向為逆時針。 | 電感充磁,磁場變強,內部磁場方向為“從上到下”。 |
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電容放電完畢。 | 電感充磁完畢,磁場能最大,即將開始放電。 |
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電容 | 電感 | 圖示 |
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電容開始充電,但是電流方向仍為逆時針,所以電容下極板電壓高。 | 電感阻礙逆時針電流減小的趨勢,自己放電維持逆時針電流,磁場變小。 |
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電容放電,電壓差減小。電流方向為順時針。 | 電感充磁,磁場變強,內部磁場方向為“從下到上”。 |
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電容放電完畢。 | 電感充磁完畢,磁場能最大,即將開始放電。 |
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電容開始充電,但是電流方向仍為順時針,所以電容上極板電壓高。 | 電感阻礙逆時針電流減小的趨勢,自己放電維持順時針電流,磁場變小。 |
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回到初始狀態 | 回到初始狀態 |
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電容的電場能轉換為電感的磁場能,電感的磁場能轉換為電容的電場能,兩種能量相互轉換。以上電路可以稱為LC并聯諧振電路。所謂諧振,就是共振的意思。兩個頻率相同,相位相同的正弦波疊加時,疊加波形達到最大值,這個共振的現象,在電路里稱為諧振。分析電容或者電感兩端的電壓,可以發現,電壓波形是正弦波,以一定的頻率振蕩。這個頻率與電感值和電容值都有關系,稱為諧振頻率,可以表示為:
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