Alevel物理：電容充放電曲線分析

 

 

 

在A-level物理中的電學(xué)部分，電壓、電流、電阻等都是比較好理解的電學(xué)概念，但很多同學(xué)對(duì)什么是電容理解的不夠透徹，尤其是電容的充放電曲線，今天我們來講解一下這部分的知識(shí)。

 

電容器（Capacitor）簡單來說就是兩個(gè)平行的金屬板，具有容納電荷（Charge）的作用，對(duì)于一個(gè)電容器來說，其能容納電荷的能力即為電容（Capacity）。
 

在A-level的考試中，針對(duì)電容考察最多的即為充電放電電路，其電路圖如圖所示：

                                             

 

 

圖中的開關(guān)為一個(gè)雙向開關(guān)，一開始開關(guān)和A點(diǎn)連接，此時(shí)電池對(duì)電容充電；當(dāng)電容充滿電后，電容與電池?cái)嚅_，和燈泡連接，電容對(duì)燈泡放電。接下來我們來詳細(xì)分析一下這一過程:
 

首先要了解的是，電容和電池的區(qū)別，電容的兩個(gè)金屬板上的電荷越多，電容的電壓也越高，其電壓和電容成正比；而電池的電壓則和其內(nèi)部的電荷量沒有特別大的關(guān)系，即能輸出穩(wěn)定的電壓。
 

電池對(duì)電容的充電過程：
 

一開始電容的金屬板上完全沒有電荷，這時(shí)電池和電容之間的電壓最大，電池以一個(gè)比較大的電流對(duì)電容充電，隨著電容上的電荷增多，電容的電壓值也隨之增高，由于電池和電容的電壓差值不斷變小，其充電電流也不斷變小，電容上的電荷和電壓增加的也就越來越慢，直至電容和電池的電壓差值緩慢的變?yōu)榱?，充電過程完成。
 

充電過程圖像：電流一開始最大，然后不斷減小，但減小的速率在放緩；
 

電荷量和電壓值一開始為零，然后不斷增加，但增加的速率在放緩。具體如圖所示：

 

 

電容放電過程：
 

一開始電容上的電荷量最多，電壓也最高，所以放電電流最大，隨著放電過程的持續(xù)，電容上的電荷不斷變少，電壓也減小，由于電壓的減小，電流也隨之變小，放電過程放緩，直至電容上的電荷量和電壓完全耗盡變?yōu)榱恪?/span>
 

放電過程圖像：電流/電壓/電荷量都是一開始最大，然后不斷減小，但減小的速率在放緩，三個(gè)圖像是完全重合的，具體如圖所示：

 

 
 

Alevel物理考試中經(jīng)常會(huì)考察對(duì)電容充放電的分析，或是對(duì)電容的實(shí)際應(yīng)用：例如在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)我們用汽車的遙控鑰匙鎖止汽車時(shí)，汽車的車燈會(huì)慢慢變暗，而不是突然關(guān)閉，起到為車主回家照明的作用，就是應(yīng)用了電容放電過程中，電流會(huì)逐漸變小而不是突然減為零的物理原理。