有一些简单的概念我并没有完全在我的脑海中得到。恐怕我两年来一直在研究这些东西,但它们仍然困扰着我。电容器就是其中之一。有人可以解释吗?
- 电容器有什么作用?它存储费用吗?如果是这样,那它是怎么做的?
我在谷歌和雅虎上搜索过,但没有找到任何有用的东西(对我来说)。所以如果我在这里解决了我的问题,我会很高兴。
PS我希望这个问题不会再次成为题外话,因为它总是如此,而且人们不建议去哪里。这真是一件可悲的事情。
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PS我希望这个问题不会再次成为题外话,因为它总是如此,而且人们不建议去哪里。这真是一件可悲的事情。
如果电荷是指电荷,那么不,电容器不存储电荷。这是一个常见的误解,可能是由于charge这个词的多重含义。当一些电荷进入电容器的一个端子时,等量的电荷会离开另一个端子。因此,电容器中的总电荷是恒定的。
电容器储存的是能量。具体来说,他们将其存储在电场中。所有的电子都被所有的质子吸引。在平衡状态下,电容器的每个极板上的质子和电子数量相等,没有储存能量,电容器两端也没有电压。
但是,如果你将电容器连接到电池之类的东西上,那么一些电子会从一个板上拉走,而相同数量的电子将被推到另一个板上。现在一个板带净负电荷,另一个板带净正电荷。这导致板之间的电势差,并且随着更多电荷的分离,电场越来越强。
电场对电荷施加力,试图使电容器恢复平衡,每个板上都有平衡的电荷。只要电容器保持与电池的连接,这个力就会被电池的力平衡,并且不平衡仍然存在。
如果电池被移除,我们让电路保持开路,电荷就不能移动,所以电荷不平衡仍然存在。场仍在对电荷施加力,但它们不能移动,就像山顶上的球,或者被拉紧的弹簧。存储在电容器中的能量仍然存在。
如果电容器端子与电阻连接,则电荷可以移动,因此有电流。存储在电容器中的能量在电阻器中转换为热量,电压降低,电荷变得不平衡,磁场减弱。
简而言之,电容器是两个导电物体,通常是小板,由绝缘物(称为电介质)隔开。就像您在手臂上摩擦气球并将其放在头发上时发生的静电积聚一样,相反的电荷会在任一板上积聚,使其以电荷的形式存储能量。还有两个其他关键因素会影响电容器的行为并使它们如此有用。- 它们以指数方式收费,而不是线性收费。假设我用恒定电压为电容器充电,然后每隔 5 秒测量一次电容器两端的电压(对应于其中的电荷)。它不会每 5 秒上升 0.1 次。相反,它会增加一定的百分比单位时间内的总容量。这实际上与放射性衰变的原理相同(除了相反)——“半衰期”是一个直观的概念,对应于数量减少到原来的 50% 所需的时间——但不是失去它一定数量(即不是每秒 50 个分子,而是每秒 50%)。它看起来像这样:

正如您所看到的,它在开始时充电很快,但随着电荷的积累而减慢。
-第二个是这种电荷积累的后果。随着电压的增加,“通过”电容器的电流下降——显然增加了电容器的电阻。但是,如果我们要反转输入电源的极性,将它们切换,它会产生“降低”电阻的效果 - 电荷不会被挤入电容器,而是很容易流出,实际上可以有效地提升有效电压。这样做的主要后果是电容器抵抗直流,但允许交流。更具体地说,电压极性切换(即交流电)的频率越高,电容器对电路中电流的阻碍就越小。电容器可以被认为是一个电动弹簧。你按下它,象征着电流流入它。起初它提供的阻力很小。但是,当您继续推动时,弹簧会更加努力地向后推动,直到您无法再有效地推动。这相当于电容器两端的电压(再次相当于存储在其中的电荷)接近输入电压 - 就像弹簧的向上力与您的体重平衡一样。现在,如果你朝相反的方向推动会发生什么?春天的作品与您而不是与您对抗,增加输出力,超过您仅靠肌肉和体重所能达到的目标。
那么我们如何利用这一点呢?电容器的使用主要有两种类型,具体取决于它们在电路中的排列方式——“耦合”,电容器串联,“去耦”,电容器并联。两者都利用了上述这些原则。
耦合用于阻断直流 - 这在信号处理和无线电中最常见。电容越小,它阻碍的频率就越高(因为它充电速度更快),所以通过调整电容,我们可以调整阻塞的频率。当与电感器(电容器的直径相反)一起使用时 - 其最相关的特性是阻止高频,我们可以将信号限制在特定的“频带”频率 - “带通”电路。这对于无线电以所需频率发送或接收至关重要。
耦合电容器也用于定时电路——由于晶体管(电子开关)在已知电压下开启,并且电容器以已知速率充电,它们可用于仅在特定时间(或频率)开启晶体管。
去耦电容器用于能量存储或电气“阻尼”。同样,它有助于从弹簧的角度来考虑它。
弹丸枪中的弹簧完美地显示了能量存储。弹簧被拉回,类似于电容器被充电,然后释放,使其将其能量释放到“负载”中 - 从机械上讲,弹丸(或其他弹药),电气上,一个组件,比如灯。电容器非常适合在短时间内需要大量能量的情况,因为它们放电速度非常快 - 例如,除颤器。单独的电池不可能如此快速地释放所有所需的能量,因此内部电容器将其存储并根据需要释放。
对于阻尼,最好将电容器/弹簧类比视为汽车悬架中的弹簧。汽车悬架通过吸收汽车垂直运动的一些能量来保护汽车(和乘客)免受损坏。如果一个车轮通过一块大石头被快速推起,由于悬架的作用,汽车的其余部分受到的影响较小,它吸收能量然后通过推动汽车慢慢释放能量。同样,去耦电容器可以“消除”电信号或脉冲。类似于石头,有时发电的性质或故障会导致电压“尖峰”。即使是非常短的电压尖峰也会对某些设备造成严重损坏。去耦电容能够吸收这种“冲击”,减少损坏发生的机会。此外,
希望有帮助。对不起,如果它有点冗长,但我的目标是全面。