充電原理展示:
如果把電容器理想地看成兩個(gè)正對(duì)的且互不導(dǎo)通的導(dǎo)電極板,且不考慮兩極板間的絕緣介質(zhì),那么電容器的充電和放電過(guò)程可以形象地理解如下。
第一步,在電容器的兩極加載直流電壓后,因?yàn)閮蓧K導(dǎo)電極板上的自由電子在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生偏移或者移動(dòng),電容器的內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與外電場(chǎng)相反的內(nèi)電場(chǎng),經(jīng)過(guò)片刻這兩個(gè)方向相反的電場(chǎng)達(dá)到平衡,如圖2-2所示。
待內(nèi)外電場(chǎng)平衡后切斷直流電源,此時(shí)相當(dāng)于外電場(chǎng)消失,但是內(nèi)電場(chǎng)依然存在,電容器充電完成,如圖2-3所示。
電容器的線(xiàn)性充電電流公式如下:
I為理想化充電電流,C為容值,?U/?t為經(jīng)過(guò)電容器的電壓變化斜率。
放電原理展示:
電容器充電完成也就相當(dāng)于電容器儲(chǔ)存了電荷。也可以理解為電容器其中一極因聚集了自由電子顯負(fù),另一極因失去自由電子顯正,并且其中一極聚集的電荷數(shù)量等于另外一極失去電荷的數(shù)量,此時(shí)如果用一根導(dǎo)線(xiàn)將電容器的兩極導(dǎo)通,自由電子就發(fā)生移動(dòng),這就是所謂的“放電”,在內(nèi)電場(chǎng)作用下,放電電流由正極流向負(fù)極,直至電場(chǎng)為零,如圖2-4所示。
電容器完成放電后,電容器兩極間的內(nèi)電場(chǎng)消失,其中一極獲得的電荷數(shù)量等于另一極釋放的電荷數(shù)量,此時(shí),電極作為導(dǎo)體本身達(dá)到內(nèi)部電荷平衡,如圖2-5所示。
上述電容器充放電是假設(shè)在理想狀態(tài)下,實(shí)際上這種理想化的電容器是不存在的,即使兩極間是真空狀態(tài),也存在介電常數(shù)0?影響,一般情況下電容器的兩極間是有絕緣介質(zhì)的,所以放電過(guò)程比上述要遲緩和復(fù)雜,后續(xù)章節(jié)講到的介質(zhì)吸收和遲滯等物理現(xiàn)象也跟絕緣介質(zhì)特性有關(guān)。
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