交流電是怎樣通過電容的呢?

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1:根據電容器中電流與電壓變化率的關係,即i=C(du/dt),可以看出,通過電容的電流與電壓的變化率成正比,只要電壓變化的非常快,那麼導線中就會有強大的電流,根據這個原理,當我們採用大小和方向隨時間都變化的交流電時,就能滿足這個條件。

2:在交流電的前半個週期時,電壓方向為正方向,此時電容充電,但電容的最高電壓不會超過交流電的峰值,於是當交流電的電壓幅度下降到小於電容最高電壓時,電容就會放電,形成放電電流;

3:此時交流電壓繼續下降,當方向變為負半周時,電容又開始反向充電,充滿電後又開始放電,這樣一次又一次地充電和放電,導線中就會有變化的電流通過,但是電容器兩極板之間並沒有被擊穿,電容器相當於只是充當了一個臨時電源的作用,在電路中起著存儲電荷的作用。


而直流電就不能通過電容器,因為直流電不隨時間變化,電容器充滿電後和外電壓保持平衡。當交流電的頻率非常高時,容抗Xc=1/2πfc非常低時,電容器對交流電的阻擋作用就很小,頻率越低,阻擋作用就越大,也就是我們所說的“通高頻,阻低頻”,“隔直流,通交流”。


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交流電是怎樣通過電容的?這個問題我來簡單回答一下好了,大家都知道電容有隔直通交的特性,但是電容對交流電也是有一定的阻抗的,這個阻抗和交流電的頻率和電容量的大小有關。

首先來說一下電容是怎麼隔直流的。如下圖,在接通電源的瞬間,有電荷流向電容的極板,電容被充電,當電容兩端的電壓被充至和電源電壓一樣時,充電停止,電路中再沒有電流流過,所以說電容是隔直流的。


而對於交流電可以通過電容,也只是一個充電放電的過程,如下圖,當正弦波的正半周經過電容時,電容器被充電,此時電容兩端的電壓極性為上正下負,而當在負半軸時,電容兩端電壓極性為上負下正,電容器開始放電,週而復始,不斷地對電容進行充放電,從而在電容的輸出端出現一個和輸入相同的波形。實際上並不是交流正弦波真正通過了電容,而是因為連續充放電在電容的另一端感應出的交流電波形,並且通過的波形相位延後。這就是所謂的通交流了。


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交流電是怎樣通過電容的呢?

答:兩個彼此絕緣、靠的很近的、帶等量異號電荷的導體薄板、導體薄球面或導體薄球柱面組合起來,形成一個相對封閉的電場區域,這就構成了一個電容器。

電容器有儲存電場能和電荷的能力,我們將極板電量的絕對值與兩個極板之間電勢差的比值定義為電容器的電容量,即:C=Q/(Vb-Va)

當我們給電容器的正負極板之間通上電源時,電容器開始充電,正極板上的自由電子便被電源吸引,並推送到負極板上面,根據電流I的定義單位時間內流過導線截面積的電荷總量,在電容器充電時有電子的移動,那麼產生了電流。當極板之間的電勢差與電源電壓相等時,電容器充電結束。

電容器在充電放電的時間比較短,一般為毫秒級,那麼在電路中流過的電流值即與電容器兩極板連接電源電壓值的導數成正比關係,電壓變化越大電流值越大。

定義電源U=Asinwt,那麼可以得到電流I=(Asinwt)'=Awcoswt=Awsin(wt+90°)。當然這個時候是忽略電容在電路中容抗得到的計算值。

容抗Xc=1/wC,I=U/Xc=wC×U,在純電容電路中I=AwCsin(wt+90°)。

交流電通過電容就是正負極板不斷充電放電的過程,在這個充放電的過程中自由電荷移動,產生了電流。


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本質性機制:根據麥克斯韋方程,電容器兩個極板之間的真空介質的漣漪簇,受交變電流作用,變成交變極化的位移電流。



圖中最後一個公式,Jf是傳導電流,∂D/∂t是位移電流。



所謂交變電磁場,就是中性的真空漣漪,被極化為位移電流的“位移電荷”,或虛電荷。


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我來說個通俗易懂的解釋。我們高中物理就學過一個知識,給電容接上電源之後,兩個極板之間必然就有電勢差,有了電勢差之後就有電場,然後金屬板上的電子就在電場力的作用之下向一個方向集中。接電源正極的板上帶正電,另外一個板上帶負電。

但是呢,這樣是沒有電流通過的。因為兩個極板之間是絕緣物質。交流電通過的時候,電壓的幅值在變化。原先電容的兩個極板是帶上電了的,當正極板這邊電壓開始下降的時候,外界看來正極板帶的正電荷就減少了,也就是電子增加了,正極板的電勢就開始下降,那麼為了維持電荷平衡,負極板上的電子就要開始減少,電子從負極板那裡流出去了,這個時候,在負極板這裡就會有電流產生。

所以交流電通過電容,電容兩個極板之間的介質是不會有電流的。交流電通過電容的原因是,電容在交流電的作用下在不停地充電放電。這也就是為什麼電容流出的電流總要比電壓滯後。


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先拋開電容的充放電特性不說,也暫時拋開不同材質和工藝對電容特性的影響,暫時假設一隻理想的電容,電容可以把他想像成一個可變電阻器,當頻率為1HZ時這時候阻值無窮大,而頻率越高阻值越小,這就是電容的容抗特性。耦合電容在等效電路中是串聯在迴路中,電容對於交流而言呈現很小阻抗,電阻非常小,交流就過去了,而對於直流而說,頻率小於1HZ,呈現很大阻抗,近似開路,直流就過不去,所以耦合電容有隔直通交的作用。而對於濾波來說,等效電路中電容是並聯在迴路中,整流後的直流電在並聯的濾波電容而端呈開路,直接通過後面負載迴路,而整流後的直流電中的脈動部分在濾波電容兩端呈現很低的容抗負載,直接在這裡迴路。而電容的不允許兩端電壓突變,即高於負載電壓就放電,低於負載電壓就充電的特性,所以電容做為濾波用有平滑紋波的特性。


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首先,我們要了解一下什麼是交流電,什麼是電容,電容的結構是什麼。\r交流電,其實就是電流方向隨時間作週期性變化的電流。電容是由兩塊金屬電極之間夾一層絕緣電介質構成。任何兩個彼此絕緣又相距很近的導體,組成一個電容器,如金屬板或金屬箔組成.這兩個導體又叫做電容的兩極,中間的絕緣物質叫介質。\r那既然是絕緣物質是如何通過電流的呢?交流電通過電容的時候,交流電隨找時間作週期性改變,電流改變了,不管是方向還是大小,都會產生相應的感應電荷,不管是多了還是少了,而因為有電源源源不斷地提供電荷,因此,又會有部分電荷流出或進入電容的極板,從而起到了容納電荷的作用。不斷地充電和放電,對外電路來說就有了電流,這也就是交流電能通過電容的原因。其實不是電荷真的通過了極板,而是通過極板的不斷的充電和放電,對外電路來說就有了電流。


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電學裡的有些描述,不能直觀的從字面理解,電容兩極間有絕緣層,不論是交流還是直流電,都不能直接通過,否則這個電容就被擊穿,壞掉了。

那麼平常所說的電容通交是怎麼回事呢,首先我們知道,交流電的極性是根據自身頻率不斷顛倒的,而電容有一定的存儲電荷的能力,由於它的充放電現象,使迴路中的交流電流保持了流動性,正是因為交流的這種往復流動特性,使電路中的電容不能像對直流一樣的隔離,根據電流頻率和電容容量的不同,它的所謂通交能力也不同。


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電容具有隔直通交的性質,交流電在通過電容時,並非直接擊穿電容導通,而是由於交流電正弦波的特性,使得電子在電容兩端移動,從而產生出導通的效果。


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