基础电容充放电实验

基础电容充放电实验

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2302_80627723/article/details/143834990

电容充放电实验是电子工程领域中最基础的实验之一，通过这个实验可以直观地理解电容的基本特性和工作原理。本文将详细介绍电容充放电实验的原理、过程和注意事项，帮助读者更好地掌握这一基础知识。

实验原理图

实验原理

电容充电放电实验的原理主要基于电容器的基本特性和电荷守恒定律。以下是对该实验原理的详细解释：

电容器的基本特性

• 电容器由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成，通常称为极板。这两个极板可以存储电荷，并在其间形成电场。
• 电容是电容器所带的电荷量与电容器两极板之间的电势差之比，它表示电容器存储电荷的能力。电容的大小由电容器本身的物理条件（如极板面积、极板间距和介电常数）决定，与电容器是否带电及电压无关。

充电过程

• 当电容器接通电源时，在电场力的作用下，与电源正极连接的电容器极板的自由电子将通过电源移动到与电源负极连接的极板下。
• 正极由于失去负电荷而带上正电，负极由于获得负电荷而带上负电。正负极板所带电荷大小相等，符号相反，形成了等量异种电荷。
• 电荷的定向移动形成了电流。由于同性电荷的排斥作用，充电开始时电流较大，随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小。
• 当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷停止定向移动，电流降为零，此时电容器充电完成。

放电过程

• 电容器的放电是指电容器内部积累的电荷通过电路流动释放的过程。
• 当电容器两端提供一个导电路径（如闭合一个开关连接电容两端）时，电容器中的电荷开始流动，形成放电电流。
• 在放电过程中，电容器两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流也逐渐减小，两极板间的电压也逐渐减小到零。
• 电容放电遵循电荷守恒定律和基尔霍夫定律，电荷从高电势端流向低电势端，直至两极电势差消失。能量以热能、光能等形式耗散在电路中。

实验成品

实验验证过程

开关S1闭合，S2断开，电容充电，接通电后LED1亮，LED2不亮，随着电容充满电，回路中电流逐渐减小，LED1逐渐熄灭。

在接通电源的瞬间，由于C1、C2中没有电荷，其两端的电压为0，这个时候通过黄色LED1灯的电流最大，发光亮度最高。电阻R1具有限流的作用，防止二极管烧坏。阻碍电源向电容进行充电，R1的电阻值越大的话那么LED1灯的亮度就会越小，也就是说明电容的充电时间越长。

电容充满电之后，断开电源，开关S1（断开闭合都行，因为断开电源后LED1，R1在电路中不形成回路了），S2闭合，电容放电，LED2亮，LED1不亮，随着电容放完电，回路中电流逐渐减小，LED2逐渐熄灭。

这样，我们就验证了电容的可储存电荷，具有充电放电的特性。

实验注意事项

• 在进行电容充电放电实验时，应选择合适的电容器和电源，并确保电路连接正确。