电容器的充电和放电3-15教学内容.ppt

电容器的充电和放电3-15一、电容器的充电和放电 图为电容器充、放电实验电路，其中图为电容器充、放电实验电路，其中C C大容量（储存电荷多）未充电的电容器，大容量（储存电荷多）未充电的电容器，E E为内阻很小的直流电源，为内阻很小的直流电源，HLHL为小灯泡。为小灯泡。1.电容器的充电 当开关当开关“S”“S”置于接点置于接点“1”“1”，电源便，电源便向电容器充电。观察到的现象是：开始时向电容器充电。观察到的现象是：开始时灯泡较亮，然后逐渐变暗，从电流表可以灯泡较亮，然后逐渐变暗，从电流表可以观察到充电电流由大到小的变化，从电压观察到充电电流由大到小的变化，从电压表可以观察到电容器两端电压由小到大变表可以观察到电容器两端电压由小到大变化。经过短短一段时间，灯泡熄灭，电流化。经过短短一段时间，灯泡熄灭，电流表指针回到零，电压表所示电压值接近于表指针回到零，电压表所示电压值接近于电动势，即电动势，即 ，这表明电容器已充，这表明电容器已充满了电荷。满了电荷。当当S合向合向1时，电源向电容器时，电源向电容器充电充电，这时看到白，这时看到白炽灯炽灯EL开始开始 ，然后逐渐，然后逐渐 ，最后，最后灯泡灯泡 。从电流表。从电流表A1可观察到充电电流在可观察到充电电流在 ，而从电压表，而从电压表V上看到读数在上看到读数在 。经过一。经过一段时间后，电流表段时间后，电流表A1的读数为的读数为 ，电压表，电压表V的读数为的读数为 。A1A2VSCE例题：21较亮较亮变暗变暗减小减小增大增大0 0E E灭灭思考一下：电容器的基本结构是在两块金属极板之间电容器的基本结构是在两块金属极板之间夹一层绝缘介质，在本质上它是不能导电的，夹一层绝缘介质，在本质上它是不能导电的，那么它为什么又能储存电荷呢？那么它为什么又能储存电荷呢？图为电容器充电示意图，在接上电源瞬间，图为电容器充电示意图，在接上电源瞬间，电源负端的电子便向电容器的负极板流去，但电源负端的电子便向电容器的负极板流去，但由于两极板间绝缘介质不导电，所以这些负电由于两极板间绝缘介质不导电，所以这些负电荷只能积累在负极板上，又由于这些负电荷对荷只能积累在负极板上，又由于这些负电荷对绝缘介质中的电子有排斥作用，于是绝缘介质绝缘介质中的电子有排斥作用，于是绝缘介质中靠近电容器负极板一侧便形成正电荷层，靠中靠近电容器负极板一侧便形成正电荷层，靠近电容器正极板一侧便形成负电荷层。正极板近电容器正极板一侧便形成负电荷层。正极板中的电子则被绝缘介质中的负电荷排斥到电源中的电子则被绝缘介质中的负电荷排斥到电源正极去，这样，电容器正极板上便积累下了正正极去，这样，电容器正极板上便积累下了正电荷。电荷。随着正负电荷的不断积累，电容器正极板电随着正负电荷的不断积累，电容器正极板电位逐渐升高，与电源正极间的电位差逐渐减小，位逐渐升高，与电源正极间的电位差逐渐减小，当两者电位达到相等时，电荷不再移动，充电电当两者电位达到相等时，电荷不再移动，充电电流为零，电容器两极板上所积累的电荷也就不再流为零，电容器两极板上所积累的电荷也就不再增加，而电荷也就被储存在电容器中了。电源负增加，而电荷也就被储存在电容器中了。电源负端的电子向电容器的负极板流端的电子向电容器的负极板流去去，正极板中的电，正极板中的电子则被绝缘介质中的负电荷排斥到电源正极，从子则被绝缘介质中的负电荷排斥到电源正极，从而就形成了电流。而就形成了电流。2.电容器的放电 图图3-73-7所示电路中，所示电路中，电容器充电结束后，将开电容器充电结束后，将开关置于关置于“2”“2”，可以观察到小灯泡亮了一下又熄灭，可以观察到小灯泡亮了一下又熄灭了。这是电容器放电引起的，这时的电容器相当了。这是电容器放电引起的，这时的电容器相当于一个等效电源。在电容器两极板间电场力的作于一个等效电源。在电容器两极板间电场力的作用下，负极板的负电荷不断移出与正极板的正电用下，负极板的负电荷不断移出与正极板的正电荷中和，电容器两端的电压也随之而下降，直至荷中和，电容器两端的电压也随之而下降，直至两极板上的电荷完全中和。这是电容器两极板间两极板上的电荷完全中和。这是电容器两极板间电压为零，电路中电流也为零。电压为零，电路中电流也为零。A1A2VSCE12EL例题例题:较亮较亮变暗变暗减小减小减小减小0 00 0当电容器充电结束后，把当电容器充电结束后，把S从接点从接点1合向接点合向接点2时，电时，电容器便开始放电。这时看到灯泡容器便开始放电。这时看到灯泡EL开始开始 ，然后，然后逐渐逐渐 ，最后灯泡，最后灯泡 。从电流表从电流表A2A2可观察到充可观察到充电电流在电电流在 ，而从电压表，而从电压表V V上看到读数在上看到读数在 。经过一段时间后，电流表经过一段时间后，电流表A2A2的读数为的读数为 ，电压表，电压表V V的读数为的读数为 。灭灭思考一下：（1 1）电容器的充放电电流实际通过电容器的）电容器的充放电电流实际通过电容器的绝缘介质吗？绝缘介质吗？（2 2）当电容器加上交流电压时，电路中有电）当电容器加上交流电压时，电路中有电流流过吗？为什么？流流过吗？为什么？（1）电容器的充放电电流电容器的充放电电流没有没有通过电容器的通过电容器的绝缘介质绝缘介质。（2）当电容器加上交流电压时，电路中有电当电容器加上交流电压时，电路中有电流流过流流过，但电流并没有流过电容器，当交流电压，但电流并没有流过电容器，当交流电压升高时，电容器充电储存电荷，形成充电电流，升高时，电容器充电储存电荷，形成充电电流，当交流电压降低时，电容器放电释放电荷，形成当交流电压降低时，电容器放电释放电荷，形成放电电流，交流电压不断的升高降低，电容器交放电电流，交流电压不断的升高降低，电容器交替进行充电放电，使有电容器的电路中有了电流。替进行充电放电，使有电容器的电路中有了电流。从电容器两头看，电流的连续性似乎仍旧保持，从电容器两头看，电流的连续性似乎仍旧保持，所以通常形象地说有交流电所以通常形象地说有交流电“通过通过”了电容器。了电容器。1 1、充电过程中充电过程中，随着电容器两极板上所带的电，随着电容器两极板上所带的电荷量的增加，荷量的增加，电容器两端电压电容器两端电压逐渐逐渐增大增大，充电充电电流电流逐渐逐渐减小减小，当充电结束时，当充电结束时，电流为电流为零零，电，电容器两端电压容器两端电压U UC C=E E2 2、放电过程中放电过程中，电路中的电流从最大逐渐变成，电路中的电流从最大逐渐变成零，电容器两端的电压从增大慢慢变成零。零，电容器两端的电压从增大慢慢变成零。三、电容器中的充放电的电流三、电容器中的充放电的电流设在设在 时间段内，电容器极板上的电荷增加时间段内，电容器极板上的电荷增加了了q q ，则电路中的电流大小为：则电路中的电流大小为：因为因为q=CUq=CUC C，可知，可知q=Cq=Cu uC C，所以：，所以：i=qti=Ci=Cu uC Ctti充放电电流，单位符号充放电电流，单位符号:A；C电容器电容量，单位符号：电容器电容量，单位符号：F；uC电容器两端变化电压，单位符号：电容器两端变化电压，单位符号：V；t电流变化时间，单位符号：电流变化时间，单位符号：s。课堂练习课堂练习1、电容器在、电容器在充电充电过程中，电容器两端电压由过程中，电容器两端电压由 变变 ，最后等于最后等于；电流会由；电流会由 变变，最后变，最后变 为为 ，充电结束，充电结束。2、电容器在、电容器在放电放电过程中，电容器两端电压由过程中，电容器两端电压由 变变 ，最后等于最后等于；电流也由；电流也由 变变 ，最后变，最后变 为为 ，放电结束。，放电结束。小小0 0大大电源电压电源电压大大小小大大小小0 00 0大大小小3 3、有一只、有一只0.1F0.1F的电容器，若以直流电流充电，的电容器，若以直流电流充电，在在100s100s内相应的电压变化量为内相应的电压变化量为10V10V，试求该段时，试求该段时间的充电的电流为多少？间的充电的电流为多少？i=i=Cu uC Ctt解解:=0.1=0.11010100100=0.01A=0.01A4、有一只有一只0.5uF0.5uF的电容器，若以直流电流的电容器，若以直流电流充充电，在电，在400s400s内相应的电压变化量为内相应的电压变化量为40V40V，试求，试求该段时间的充电的电流为多少？该段时间的充电的电流为多少？解：解：=0.5x10=0.5x10-6-6FxFx40V40V400s400s=0.05A=0.05A5 5、有一只、有一只47uF47uF的电容器，若以直流电流的电容器，若以直流电流充充电，在某时间内的充电的电流为电，在某时间内的充电的电流为1A1A，相应的，相应的电压变化量为电压变化量为200V200V，试问要多长时间可以充，试问要多长时间可以充满电？满电？解：解：得得由由=1x47x10=1x47x10-6-6x200 x200=9.4x10=9.4x10-3-3s s小结：小结：1 1、电容器的充放电过程、电容器的充放电过程极板电荷量极板电荷量电压电压充电过程充电过程放电过程放电过程逐渐增加逐渐增加逐渐减少逐渐减少由大变小由大变小由小变大由小变大2 2、电容器充、放电电流大小的计算、电容器充、放电电流大小的计算i=qt二、电容器的简易检测 利用电容器充放电原理，可以用万用表大利用电容器充放电原理，可以用万用表大致判断大容量电容器的质量好坏。致判断大容量电容器的质量好坏。那么应该怎那么应该怎么做呢？么做呢？检测检测方法：将万用表置于欧姆档的方法：将万用表置于欧姆档的1K1K档，两支档，两支表笔分别于电容器两端相接。若被测元件为电解电表笔分别于电容器两端相接。若被测元件为电解电容器，则要注意其极性（电容器极性一般都会直接容器，则要注意其极性（电容器极性一般都会直接标在电容器的表面），黑表笔接电容器正极，红表标在电容器的表面），黑表笔接电容器正极，红表笔接电容器负极。笔接电容器负极。判断质量好坏的方法：若电容足够大且电容器质量很好，则万用表若电容足够大且电容器质量很好，则万用表表针会先向右偏转，后很快左偏恢复到原位；表针会先向右偏转，后很快左偏恢复到原位；若电容器漏电量大很大，则万用表指针回不到若电容器漏电量大很大，则万用表指针回不到原位，而是停留在某一刻度上，其读数即为电容原位，而是停留在某一刻度上，其读数即为电容器的漏电阻值。此值一般应大于几百至几千欧；器的漏电阻值。此值一般应大于几百至几千欧；若表针偏转到欧姆零位后不再偏转回原位，若表针偏转到欧姆零位后不再偏转回原位，说明电容器内部已短路说明电容器内部已短路若表针根本就没有偏转则说明电容器内部可能若表针根本就没有偏转则说明电容器内部可能已经断路，或电容很小，充放电电流很小，不足已经断路，或电容很小，充放电电流很小，不足以使表针偏转。以使表针偏转。1 1、可以用万用表电阻挡的任何一个倍率来检测较大容量、可以用万用表电阻挡的任何一个倍率来检测较大容量的电容器的质量。的电容器的质量。（）、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表棒分、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表棒分别与电容器的两端接触时，发现指针根本就不偏转，这说别与电容器的两端接触时，发现指针根本就不偏转，这说明电容器内部已短路。明电容器内部已短路。（）练习：判断题练习：判断题3、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表棒分、在检测较大容量电容器的质量时，当万用表的表棒分别与电容器的两端接触时，若指针偏转到零欧位置后不再别与电容器的两端接触时，若指针偏转到零欧位置后不再回去，说明电容器内部短路。回去，说明电容器内部短路。（）用红黑表笔任意接电容器的两端，测量用红黑表笔任意接电容器的两端，测量一下电容器的漏电阻，记录其大小。再一下电容器的漏电阻，记录其大小。再将电容器的两引脚相碰短路放电后，再将电容器的两引脚相碰短路放电后，再交换表笔进行测量，读出漏电阻。比较交换表笔进行测量，读出漏电阻。比较两次漏电阻的大小，两次漏电阻的大小，阻值大阻值大的一次黑表的一次黑表笔所接为电解电容的笔所接为电解电容的正极正极。二、电解电容极性判别二、电解电容极性判别三、电容器中的电场能 断电后电容器可使小灯泡发光，说明电容器在断电后电容器可使小灯泡发光，说明电容器在释放能量。实际上当电容器充电时，两个极板上的正、释放能量。实际上当电容器充电时，两个极板上的正、负电荷不断积累，两极板间形成了电场，电容器在储负电荷不断积累，两极板间形成了电场，电容器在储存了电荷的同时也储存了能量。理论分析和实验证明，存了电荷的同时也储存了能量。理论分析和实验证明，充电电容器中储存的电场能可用下式表示：充电电容器中储存的电场能可用下式表示：式中式中 电容器中储存的电场能，单位是电容器中储存的电场能，单位是J J；电容器两极板间的电压，单位是电容器两极板间的电压，单位是V V；CC电容器中的电容，单位是电容器中的电容，单位是F F；QQ电荷量，单位是电荷量，单位是C C。上式说明，电容器中储存的电场能量与电容器的电上式说明，电容器中储存的电场能量与电容器的电容成正比（当电容器的电容大时，能储存的能量多容成正比（当电容器的电容大时，能储存的能量多)，所以电容反映了电容器储存电场能量的能力。所以电容反映了电容器储存电场能量的能力。当电容器充电，电容器两端电压增加时，电容器便当电容器充电，电容器两端电压增加时，电容器便从电压吸收能量并储存起来；而当电容器放电，两端电从电压吸收能量并储存起来；而当电容器放电，两端电压降低时，它便把原来储存的电场能量释放出来，可见，压降低时，它便把原来储存的电场能量释放出来，可见，电容器只与电源进行能量的转换，它本身并不消耗能量，电容器只与电源进行能量的转换，它本身并不消耗能量，所以说电容器是一种储能元件。所以说电容器是一种储能元件。电容器两端电压的变化，反映了电容器中电场能量电容器两端电压的变化，反映了电容器中电场能量的变化。电容器中电场能量的积累和释放都是一个逐渐的变化。电容器中电场能量的积累和释放都是一个逐渐变化的过程，它只能从一种稳定状态变化到另一种稳定变化的过程，它只能从一种稳定状态变化到另一种稳定状态。因此，电容器两端的电压决不会发生突变，也只状态。因此，电容器两端的电压决不会发生突变，也只能是一个逐渐变化的过程。能是一个逐渐变化的过程。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢