Alevel物理：电容充放电曲线分析

 

 

 

在A-level物理中的电学部分，电压、电流、电阻等都是比较好理解的电学概念，但很多同学对什么是电容理解的不够透彻，尤其是电容的充放电曲线，今天我们来讲解一下这部分的知识。

 

电容器（Capacitor）简单来说就是两个平行的金属板，具有容纳电荷（Charge）的作用，对于一个电容器来说，其能容纳电荷的能力即为电容（Capacity）。
 

在A-level的考试中，针对电容考察最多的即为充电放电电路，其电路图如图所示：

                                             

 

 

图中的开关为一个双向开关，一开始开关和A点连接，此时电池对电容充电；当电容充满电后，电容与电池断开，和灯泡连接，电容对灯泡放电。接下来我们来详细分析一下这一过程:
 

首先要了解的是，电容和电池的区别，电容的两个金属板上的电荷越多，电容的电压也越高，其电压和电容成正比；而电池的电压则和其内部的电荷量没有特别大的关系，即能输出稳定的电压。
 

电池对电容的充电过程：
 

一开始电容的金属板上完全没有电荷，这时电池和电容之间的电压最大，电池以一个比较大的电流对电容充电，随着电容上的电荷增多，电容的电压值也随之增高，由于电池和电容的电压差值不断变小，其充电电流也不断变小，电容上的电荷和电压增加的也就越来越慢，直至电容和电池的电压差值缓慢的变为零，充电过程完成。
 

充电过程图像：电流一开始最大，然后不断减小，但减小的速率在放缓；
 

电荷量和电压值一开始为零，然后不断增加，但增加的速率在放缓。具体如图所示：

 

 

电容放电过程：
 

一开始电容上的电荷量最多，电压也最高，所以放电电流最大，随着放电过程的持续，电容上的电荷不断变少，电压也减小，由于电压的减小，电流也随之变小，放电过程放缓，直至电容上的电荷量和电压完全耗尽变为零。
 

放电过程图像：电流/电压/电荷量都是一开始最大，然后不断减小，但减小的速率在放缓，三个图像是完全重合的，具体如图所示：

 

 
 

Alevel物理考试中经常会考察对电容充放电的分析，或是对电容的实际应用：例如在现实生活中，当我们用汽车的遥控钥匙锁止汽车时，汽车的车灯会慢慢变暗，而不是突然关闭，起到为车主回家照明的作用，就是应用了电容放电过程中，电流会逐渐变小而不是突然减为零的物理原理。