在電源給電容器充電過程中的任一時刻,若電容器所帶電荷量為q,則電容器兩板間的電壓u=qc。充電電流必然流經內阻r,設內阻r兩端的電壓為ur,根據歐姆定律可知e電動勢=u+ur。所以不難---,圖6.12中斜直線上方的三角形面積,即為電源電動勢做功qe電動勢過程中被消耗在內阻r上而轉變為焦耳熱的能量。
問題解決了!在用電源給電容器充電的過程中,只能有一半的能量被電容器儲存,必然有另一半能量消耗在回路的電阻之上。如果電容器儲存的能量很多,則消耗在回路電阻上的能量也就同樣的多。如果這部分能量全部消耗在電源的內阻上,濾波電容器價格,則對電源十分不利,這也是在充電回路中另外增加限流電阻的原因。
至此,可能還有一個疑問:如果對電容器充電的能量利用率僅有50%,給使用電容器作為電源的電動汽車充電不是會浪費很多電能嗎?要知道上面討論的是用有固定電動勢的電源給電容器充電的情況,如果給大容量電容器充電,應該使用可變電動勢的電源,這樣可以使充電的能量利用率---提高。
電容器充放電現象
除顫器工作時,一般是讓100 j到300 j的電能,在約2 ms的時間內通過的---部位。除顫器工作時的電功率在50 kw到150kw之間,這個功率是相當大的,用電池直接供電無法達到,也---超過了一般家庭的用電功率,而除顫器還必須便于攜帶,那它使用了什么樣的供電裝置呢?
除顫器工作時的供電裝置是一個c=70 μf的電容器。除顫器內帶有電池,先通過電子線路把電池供電的電壓升高到約u= 5 000 v,對電容器充電,充電后電容器儲存的能量約為w= 12cu2=875 j。由于電容器電壓---,所以可以在很短的時間內釋放一部分能量,通過電子線路控制放電的能量了。除顫器的---就是這個耐壓5 000 v以上、70 μ f的電容器,濾波電容器廠,它耐壓較高、容量較大,并且體積較小、重量較輕,因此需要---設計和制造。
電容器是常用的電子元件,濾波電容器---,而且不斷應用在新的領域中。在現在推廣的新能源汽車中,電動汽車占有重要---。電動汽車多數用鋰電池供電,鋰電池電動汽車的主要缺點就是充電時間長,使用不夠方便。
所以還有另一種用電容器作為電源的電動汽車。電容器作為電源的優點是充電時間短,可以反復充電、長期使用,但缺點是一次充電后的行駛里程較短,因此目前還需要對高電壓、大容量的電容器做進一步的研究。
關于電容器的充電,有人提出了一個---的問題:“用電動勢為e電動勢的電源對電容器充電,充電結束時電容器的電壓u=e電動勢。設整個充電過程中充電電量為q,則電源電動勢做功qe電動勢,而電容器儲存的電能為12qe電動勢,電源電動勢做功的另外一半能量去哪了?”
電容器是隔直流的,為什么電池直流可以為電容器充電?
在電路分析里,電路的響應有兩種,一種是零輸入響應,濾波電容器,一種是零狀態響應。
所謂零輸入響應,指的是輸入信號為零;所謂零狀態響應,指的是電路中所有儲能元件和各種電源的狀態均為零。
在分析零狀態響應時,要把電壓源短路,電流源開路。
對于電容來說,在零狀態響應的通電瞬間,它可以認為是電壓為零的電壓源,所以它相當于短路。
我們來看下圖:上一張圖是電路結構,我們看到電源e和它的內阻r,開關qf,還有電容c和電阻r。