一、電容器的充電和放電

　　圖為電容器充、放電實驗電路，其中C大容量（儲存電荷多）未充電的電容器，E為內阻很小的直流電源，HL為小燈泡。

　　1.電容器的充電

　　當開關“S”置于接點“1”，電源便向電容器充電。觀察到的現象是：開始時燈泡較亮，然后逐漸變暗，從電流表可以觀察到充電電流由大到小的變化，從電壓表可以觀察到電容器兩端電壓由小到大變化。經過短短一段時間，燈泡熄滅，電流表指針回到零，電壓表所示電壓值接近于電動勢，即，這表明電容器已充滿了電荷。

　　思考一下：

　　電容器的基本結構是在兩塊金屬極板之間夾一層絕緣介質，在本質上它是不能導電的，那么它為什么又能儲存電荷呢？

　　圖為電容器充電示意圖，在接上電源瞬間，電源負端的電子便向電容器的負極板流去，但由于兩極板間絕緣介質不導電，所以這些負電荷只能積累在負極板上，又由于這些負電荷對絕緣介質中的電子有排斥作用，于是絕緣介質中靠近電容器負極板一側便形成正電荷層，靠近電容器正極板一側便形成負電荷層。正極板中的電子則被絕緣介質中的負電荷排斥到電源正極去，這樣，電容器正極板上便積累下了正電荷。

　　隨著正負電荷的不斷積累，電容器正極板電位逐漸升高，與電源正極間的電位差逐漸減小，當兩者電位達到相等時，電荷不再移動，充電電流為零，電容器兩極板上所積累的電荷也就不再增加，而電荷也就被儲存在電容器中了。電源負端的電子向電容器的負極板流去，正極板中的電子則被絕緣介質中的負電荷排斥到電源正極，從而就形成了電流。

　　2.電容器的放電

　　圖3-7所示電路中，電容器充電結束后，將開關置于“2”，可以觀察到小燈泡亮了一下又熄滅了。這是電容器放電引起的，這時的電容器相當于一個等效電源。在電容器兩極板間電場力的作用下，負極板的負電荷不斷移出與正極板的正電荷中和，電容器兩端的電壓也隨之而下降，直至兩極板上的電荷完全中和。這是電容器兩極板間電壓為零，電路中電流也為零。

　　思考一下：

　　（1）電容器的充放電電流實際通過電容器的絕緣介質嗎？（2）當電容器加上交流電壓時，電路中有電流流過嗎？為什么？

　　（1）電容器的充放電電流沒有通過電容器的絕緣介質。

　　（2）當電容器加上交流電壓時，電路中有電流流過，但電流并沒有流過電容器，當交流電壓升高時，電容器充電儲存電荷，形成充電電流，當交流電壓降低時，電容器放電釋放電荷，形成放電電流，交流電壓不斷的升高降低，電容器交替進行充電放電，使有電容器的電路中有了電流。從電容器兩頭看，電流的連續性似乎仍舊保持，所以通常形象地說有交流電“通過”了電容器。

　　二、電容器的簡易檢測

　　/>利用電容器充放電原理，可以用萬用表大致判斷大容量電容器的質量好壞。那么應該怎么做呢？

　　檢測方法：將萬用表置于歐姆檔的1K檔，兩支表筆分別于電容器兩端相接。若被測元件為電解電容器，則要注意其極性（電容器極性一般都會直接標在電容器的表面），黑表筆接電容器正極，紅表筆接電容器負極。

　　判斷質量好壞的方法：

　　①若電容足夠大且電容器質量很好，則萬用表表針會先向右偏轉，后很快左偏恢復到原位；②若電容器漏電量大很大，則萬用表指針回不到原位，而是停留在某一刻度上，其讀數即為電容器的漏電阻值。此值一般應大于幾百至幾千歐；③若表針偏轉到歐姆零位后不再偏轉回原位，說明電容器內部已短路④若表針根本就沒有偏轉則說明電容器內部可能已經斷路，或電容很小，充放電電流很小，不足以使表針偏轉。

　　三、電容器中的電場能

　　斷電后電容器可使小燈泡發光，說明電容器在釋放能量。實際上當電容器充電時，兩個極板上的正、負電荷不斷積累，兩極板間形成了電場，電容器在儲存了電荷的同時也儲存了能量。理論分析和實驗證明，充電電容器中儲存的電場能可用下式表示：112

　　式中

　　WC?QUC?CUC22—電容器中儲存的電場能，單位是J；C—電容器中的電容，單位是F；—電容器兩極板間的電壓，單位是V；Q—電荷量，單位是C。

　　上式說明，電容器中儲存的電場能量與電容器的電容成正比（當電容器的電容大時，能儲存的能量多)，所以電容反映了電容器儲存電場能量的能力。當電容器充電，電容器兩端電壓增加時，電容器便從電壓吸收能量并儲存起來；而當電容器放電，兩端電壓降低時，它便把原來儲存的電場能量釋放出來，可見，電容器只與電源進行能量的轉換，它本身并不消耗能量，所以說電容器是一種儲能元件。電容器兩端電壓的變化，反映了電容器中電場能量的變化。電容器中電場能量的積累和釋放都是一個逐漸變化的過程，它只能從一種穩定狀態變化到另一種穩定狀態。因此，電容器兩端的電壓決不會發生突變，也只能是一個逐漸變化的過程。

　　四、RC電路的過渡過程

　　電容器充放電時，從一種穩定狀態變化到另一種穩定狀態所必須經歷的物理過程稱作過渡過程。電容器充電時，其兩端電壓逐漸增大，充電電流逐漸減少；放電時，其兩端電壓逐漸減小，放電電流也逐漸減小。充放電達到穩態值所用的時間與R和C的大小有關。R和C的乘積稱為RC電流的時間常數，用τ表示。即

　　RC

　　時間常數單位是（s）τ越大，充電、放電越慢，即過渡過程越長。反之，τ越小，過渡過程就越短。在實際應用中，當過渡過程經過（3~5）τ時間后，可認為過渡過程基本結束，已進入穩定狀態了。