电容直接与电池相连

电器工程 电池 电容器
2022-01-21 00:31:00

这可能是一个愚蠢/初学者的问题,但是当我们将真正的电容器直接与电池连接时,我很难理解究竟会发生什么。

根据我的理解,理论上,当一个未充电的电容器直接连接到一个比方说 9 伏的电池时,电容器会立即充电,其电压也将变为 9V。这是因为电容器和电池之间没有电阻,所以电流随时间的变化将是无限的。显然,在谈论理想组件和非现实电路时,这是正确的。

我认为在现实生活中这样做会导致火花、组件损坏、爆炸或其他任何事情。但是,我看过一些视频,人们通常会直接将电池与电容器连接起来。此外,从电池流向电容器的电流在某种程度上很小,因为要使电容器具有与电池相同的电压需要相当长的时间。

我想知道为什么会这样,谢谢。

这是我谈到的电路的一个例子:

在此处输入图像描述

4个回答

电池和电容器都有内阻。

你的电容器内部看起来有点像这样:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

当然,我不知道你的电容器,所以我不知道确切的内阻,但 3Ohm 将是一个足够接近的近似值。

你的电池也会发生同样的情况,所以实际上你正在这样做:

示意图

模拟这个电路

所以现在在很短的时间内电流将达到最大值,但只有大约 0.9A

当然,像这样在电池上放一个电容,接触不会很大,所以那里也会有一些额外的电阻,甚至可能是0.7A。

现在需要时间的原因是,当电容器充电时,电阻两端的电压会降低,因此电流也会降低,因此电容器上的电压会增加得更慢,以此类推,所以实际上它会接近电池电压的速度越来越慢。

电阻器或电容器越大,所需的时间就越多。

67%的时刻可以用R * C来计算。

所以在这个例子中是:t(67%) = R * C = 10 * 220u = 2.2ms。

但是,如果电容器是 22000uF (= 22mF),那么所谓的 RC 时间将是 220ms,或 0.22s,它以 10Ohm 的总电阻充电。但是对于这种尺寸的电容器,它的电阻也可能会稍高一些,因此它会变得更慢。

然后它只有67%。接下来的 30% 将需要更多时间。

编辑:注意;根据尼克的评论增加了 9V-bat 电阻。

真正的电池和电容器具有内部电阻,可以减少对电容器充电的电流。这将防止您所期望的死亡和破坏。:-)

无论如何,很难看到用 9 伏电压产生的火花......

除了 Asmyldofs 有用的答案之外,值得注意的是,即使所有导体都以零电阻超导,初始电流也不会是无限的,电流会衰减到零

为什么不是无限电流?由于存在电流环路,因此电路将具有一些电感。因此,电流最初将以 Vbatt/L 的速率上升。电容器两端的电压将超过 Vbatt,几乎达到该值的两倍,然后反转,产生一个以 Vbatt 为中心的阻尼正弦曲线。

为什么阻尼?我们正在产生一个时变磁场。这就是制造电磁(无线电)波的方法。辐射场中的功率将导致电流中的振荡消失。

正如你所说,只有在“理论上”,才能得到“理想”的结果。
使用现实的电源和电容器,会得到非理想的结果。这是因为实际组件具有“额外的”电阻、电感和电容。
虽然永远无法获得理想的结果,但通过尽可能少地保留“附加”组件,我们可以获得“接近”理想的结果。
在您的特定情况下,没有“戏剧性影响”的原因是电池和电容器具有内阻因此,电容器不会立即充电到电池电压。它将在“正常”时“缓慢”充电
综上所述,电容充电需要时间的原因就是——内阻