什么是电容(电容的作用通俗说法)

上一篇文章《带你全面了解电容器！人们学习电学需要的知识点非常详细的解释了电容的含义，比如电容效应、电容元件、电容参数等。在此基础上，本文将延续上一篇文章的内容，深入讲解更多关于电容的内容，如交流电路和DC电路中电容元件的区别，与电容有关的容抗等。

图1-2-1图1-2-1

根据电容参数“C”的定义，可以知道电容元件极板上的电荷量Q等于电容C乘以板间电压U，即q =Cu。这表明，在相同的电压下，电容C越大，电容元件能容纳(储存)的电荷越多，储存的电场能量越大。那么，电路中容性元件的电压和电流是什么关系呢？我们往下看。

电容参数的交直流电路

由q =Cu，显然，如果电容两端的电压发生变化，极板上的电荷量也会发生变化(电容C不变，是固定的)。电荷的变化是由电荷的运动形成的。比如电压变小，极板上的电荷也会减少。换句话说，极板上的部分电荷会沿着导线跑掉。电荷沿着导线流动就是电流。即电容器电压的变化会引起电流流过电容器，如下图1-2-2所示。

以此类推，如果电容两端的电压不变，极板上的电荷量也将保持不变，因此不存在电荷的定向运动，即没有电流流过电容，这就是电容的阻挡效应。

1.具有电容参数的DC电路

在下图1-2-3所示的DC电路中，假设电容器极板上的初始电荷为零，开关被关断。显然，电容两端的初始电压也为零。

(1)合上开关S1，电容器开始充电。所谓充电，就是电荷逐渐积累在极板上，电容两端的电压逐渐升高。此时的电容器就像三天不吃饭的乞丐。开关一闭合，电容器就开始充电，电流最大。电容吃得越多，电荷积累速度越慢，也就是电流越小。其曲线如图1-2-4所示。

电容器的充电过程非常快，直到电容器的电压等于电源电压。充电后电流也变为零，这是电容元件的零状态响应。与充电过程相对应的电路称为瞬态过程。这里就不多说瞬态电路了，因为真的很难！

(2)电容器充电后，开关S1接通。显然，电容极板上积累的电荷无处可去，停留在极板上，这意味着电容元件一直在储存电场能量。

(3)合上S2开关。这时电容器两极板上相反的电荷像扩散运动一样跑到电阻上，然后和电阻结合释放能量！这就是电容元件的放电过程，电压和电流都趋于减小，如图1-2-5所示。

在DC电路中，容性元件的影响主要体现在开关的开关周期。电路达到稳态后，容性元件相当于开路。

2.具有电容参数的交流电路

如上所述，当电容两端的电压发生变化时，就会产生电流。然而，在(正弦)交流电路中，电压始终按照正弦规律变化。在这个交变恒压的驱动下，电容的电流是一个什么样的变化？

结合电容的定义和电流的定义，电流是指电荷通过任意截面的变化率，即电荷的变化速度。在一个电容元件中，这个电荷实际上就是电容极板的电荷量，即图1-2-6所示的δq/t，即电容极板上电荷的变化速度。

那么极板上的电荷等于电压乘以电容，即δq = Cu。最后，电容电流等于电容乘以电压变化率，如图1-2-6的公式所示。

经过复杂的计算，我们可以得到电容元件的电压和电流波形，如图1-2-7所示。这里就不演示计算过程了。

从图1-2-7可以看出，电容器电流和电压都按正弦规律变化，其周期(频率)相同，在所需位置电流超前电压90°。

由于电压和电流是频率相同的正弦量，所以可以用有效值来表示，两者之间可以进行四则运算。而有效值，不用我多解释了吧？

电容元件的容抗

数值上，用电压有效值除以电流有效值，可以得到一个与电容C和角频率ω(频率f)有关的数，就是传说中的容抗1/ωC，如图1-2-8所示。这里，ω是电源的角频率。可能大多数人都不知道这个ω是什么。其实和频差有2π关系，即ω =2πf，表示正弦量每秒变化多少弧度。

电容与电源的频率成反比，其关系曲线如图1-2-8所示。这说明电源频率越高，容性元件的容抗越小。如果电源电压有效值不变，则容抗会随着频率的增加而减小，此时流过容性元件的电流会增加，称为高通频率和低频电阻。

回顾欧姆定律R=U/I，电压除以电流等于电阻。电压的单位是伏特(V)，电流的单位是安培(A)。这两个单位除以(V/A)，得到的比值的单位是欧姆(ω)。同样，在容性元件中，电压的有效值除以电流的有效值和伏特除以安培是一样的，所以显然得到的容抗的单位也是欧姆。所以容抗的作用其实和电阻的作用差不多，就是阻挡电流。

由于容抗和电阻都是电流的障碍，所以如果串联起来，如图1-2-9所示，容性元件和阻性元件会对电源电压产生分压作用。欧姆值越高，获得的电压就越大。

容抗与电源的频率有关。这里，随着频率增加，电容两端的电压变小。对于这个现象，我们可以理解为，工频变化越快，电容器的充放电速度就会越快。当它达到一定水平时，电容器将没有时间充电，因此它将不得不再次放电，这将导致在电容器中存储少量电荷，并在电容器两端产生小电压。

另外，这里我就不解释多个电容元件的串并联的知识了。有兴趣的可以用这两篇文章学到的知识自己分一下~

虽然文中给出的计算和推导过程不多，但我的目的并不是让大家学会这些计算，而是让大家真正理解电容、容抗、相交和隔离等的含义。如果有人问你:什么是电容？什么是阻力？希望大家能提交一份完美的答案。