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电荷与充电电容

发布时间:2018-10-23    文章来源:敏创原创    点击次数:
电荷
 
什么是电荷?
  电荷是物质的基本物理性质。电荷可以是正的或负的。物质排斥相同电荷的其他物质并吸引具有相反电荷的其他物质。用于电荷的单位是库仑[C]。虽然电荷的确切性质在基本层面上仍然是未知的,但通常可以接受代表物质的特定状态,这在当前的科学知识水平上是无法解释的。
 
电荷被量化,意味着电荷只能具有离散值。基本电荷表示为e,并且近似等于1.602·10-19C。电子带有-e的电荷并且它是带负电的粒子。相反,质子是带正电的粒子,带有+ e的电荷。
理解电荷的量子化性质的直观方式是将电中性物体想象为包含相等数量的质子(正电荷)和电子(负电荷)的盒子。质子是固定的,不能取出或添加到盒子中。由于质子和电子的数量相等,对于电中性物体,盒子内的电荷总和为零。
 
为了使物体带负电,唯一的方法是以某种方式将更多的电子添加到盒子中。由于电子是不可分割的粒子,因此只能添加整数个电子 - 不能将半个电子添加到盒子中。结果,物体的总电荷是单个电子的电荷的N倍,其等于-e·N,其中N是整数。类似地,为了使物体带正电,必须从盒子中除去N个电子,并且在这种情况下,所得物体的总电荷为e·N。
 
 
 
物体的净电荷
  物体带电的一种方法是用另一个不同的物体擦拭物体。这种效果自古以来就已为人所知。例如,用一块羊毛摩擦玻璃棒将导致玻璃棒带正电,而羊毛片最终会带负电荷。这被称为摩擦电效应,其使用摩擦将自由电子从玻璃棒传递到羊毛片。由于在此过程中不会产生或破坏电子,离开玻璃棒的电子数量等于到达羊毛的电子数量。结果,玻璃棒的电荷值与羊毛的电荷值相等,但符号相反。对物体充电的另一种方式是使用电源施加电流。
 
给电容器充电
  电容器  是设计用于通过在其电极上累积电荷来存储电能的装置。在电路中,电荷离开电容器的一个电极并到达另一个电极。因此,一个电极上的电荷量的值等于另一个电极上的电荷量,但符号相反。根据公式,电容器存储的电荷越多,电容器上存储的能量就越多:
 
其中W是存储的能量,C是电容  ,V是电容器两端的电压。
 
  要了解充电过程,请考虑将完全放电的电容作为起点。为了给电容器充电,电源连接到其端子。瞬间功率施加到电容器,电源(例如电池)开始迫使电子从电容器的一个电极移动到另一个电极。随着电子开始在一个电极上累积,电容器两端的电压增加。电子继续积聚在电容器的电极上,该电容器连接到电池的负极端子,直到电容器两端的电压等于电池两端的电压。该过程不是线性的 - 电容器两端的电压以指数方式增加。作为时间函数的电容器端子两端电压的公式为:
 

其中V C(t)是电容器两端的电压随时间的变化,V BAT是电池电压,R是电路中的串联电阻,C是电容。R的性质来自电池的内阻和电容的ESR以及 电池和电容之间串联的任何附加电阻。
 




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