电容器充电原理与放电过程详解

当电容器连接到电源时，在电场力的作用下，连接到电源正极的电容器极板的自由电子将通过电源移动到连接到电源负极的极板。电源正极失去负电荷并变成带正电。负极由于接受负电荷而带负电。正负极板电荷相同，符号相反，如图所示。电荷的定向运动形成电流。由于同性电荷的排斥作用，电流起初最大，然后逐渐减小。在电荷移动过程中，电容器极板上存储的电荷不断增加。当#电容器#两极板之间的电压Uc等于电源电压U时，电荷停止移动，电流I=0，开关闭合，通过连接将电容器的正负极板中和的电线。当K闭合时，电容器C正极的正电荷可以移动到负极被中和，负极的负电荷也可以移动到正极被中和。电荷逐渐减少，电流减小，电压逐渐降至零。

上图为电容充放电实验电路，其中C为大容量（储存电荷较多）未充电电容，E为内阻较小的直流电源，HL为小灯泡。

电容充放电示意图

电容器是一种以电场形式存储能量的无源器件。当需要时，电容器可以将储存的能量释放到电路中。电容器由两块导电的平行板组成，板间填充有绝缘材料或介电材料。图1和图2分别是电容器的基本结构和符号。

当电容器连接到电源为直流（DC）的电路时，在某些情况下，会发生两个过程，即电容器的“充电”和“放电”。

电容原理充电过程

充电过程就是电容器储存电荷的过程。当电容器接入直流电源时，与电源正极相连的金属板上的电荷在电场力的作用下会跑到与电源负极相连的金属板上，使连接电源正极的金属板失去电荷而带正电，连接电源负极的金属板带负电（两块金属板电荷相同，具有符号相反），电容器开始充电。

在电路中，电荷的运动形成电流。由于同性电荷之间的排斥作用，电荷运动开始时电流最大，然后逐渐减小；而电容器的电荷在电荷运动开始时最小，为零。电荷运动过程中，带电量逐渐增加，两金属板之间的电压逐渐增加。当它增加到等于电源电压时，充电完成并且电流减小到零。

如果将电容器连接到直流电源，如图3所示，电路中就有电流流动。两个委员会将分别获得等量的相反费用。此时电容器正在充电，其两端电位差Vc逐渐增大。一旦电容器两端的电压Vc增大到等于电源电压V，电容器就被充电，电路中没有电流流过，电容器的充电过程完成。

电容器充电过程完成，电容器中没有电流流过，因此在直流电路中，电容器可以等效为开路或R=∞，电容器上的电压Vc不能突然改变。

电容器原理放电过程

放电过程是电容器释放储存电荷的过程。当带电的电容器在没有电源的闭合路径中时，带负电的金属板上的电荷在电场力的作用下会转移到带正电的金属上，从而中和正负电荷，从而电容器开始释放。

在电路中，电荷的运动形成电流。由于异性电荷的吸引，放电过程开始时电流最大，然后逐渐减小；电容器的电荷在放电过程开始时最大，然后逐渐减少。当功率减小到零时，放电完成，电流减小到零。

电容器充满电后，电路中没有电流流过，因此电容器可以起到隔直流的作用。在直流电路中，可以视为开路。

当电容器与电源的连接被切断时，电容器通过电阻RD放电，两板之间的电压将逐渐降至零，Vc=0，如图4所示。

图3和图4中，RC和RD的阻值分别影响电容器的充电和放电速度。电阻值R和电容值C的乘积称为时间常数τ，它描述了电容器的充电和放电速度，如图5所示。

电容值或电阻值越小，时间常数越小，电容器的充放电速度越快，反之亦然。

电容器几乎存在于所有电子电路中，它们可以用作“快速电池”。例如，在相机的闪光灯中，电容器被用作储能元件，以在闪光的瞬间快速释放能量。