在电源给电容器充电过程中的任一时刻,若电容器所带电荷量为q,则电容器两板间的电压u=qc。充电电流必然流经内阻r,设内阻r两端的电压为ur,根据欧姆定律可知e电动势=u+ur。所以不难---,图6.12中斜直线上方的三角形面积,即为电源电动势做功qe电动势过程中被消耗在内阻r上而转变为焦耳热的能量。
问题解决了!在用电源给电容器充电的过程中,只能有一半的能量被电容器储存,必然有另一半能量消耗在回路的电阻之上。如果电容器储存的能量很多,则消耗在回路电阻上的能量也就同样的多。如果这部分能量全部消耗在电源的内阻上,滤波电容器价格,则对电源十分不利,这也是在充电回路中另外增加限流电阻的原因。
至此,可能还有一个疑问:如果对电容器充电的能量利用率仅有50%,给使用电容器作为电源的电动汽车充电不是会浪费很多电能吗?要知道上面讨论的是用有固定电动势的电源给电容器充电的情况,如果给大容量电容器充电,应该使用可变电动势的电源,这样可以使充电的能量利用率---提高。
电容器充放电现象
除颤器工作时,一般是让100 j到300 j的电能,在约2 ms的时间内通过的---部位。除颤器工作时的电功率在50 kw到150kw之间,这个功率是相当大的,用电池直接供电无法达到,也---超过了一般家庭的用电功率,而除颤器还必须便于携带,那它使用了什么样的供电装置呢?
除颤器工作时的供电装置是一个c=70 μf的电容器。除颤器内带有电池,先通过电子线路把电池供电的电压升高到约u= 5 000 v,对电容器充电,充电后电容器储存的能量约为w= 12cu2=875 j。由于电容器电压---,所以可以在很短的时间内释放一部分能量,通过电子线路控制放电的能量了。除颤器的---就是这个耐压5 000 v以上、70 μ f的电容器,滤波电容器厂,它耐压较高、容量较大,并且体积较小、重量较轻,因此需要---设计和制造。
电容器是常用的电子元件,滤波电容器---,而且不断应用在新的领域中。在现在推广的新能源汽车中,电动汽车占有重要---。电动汽车多数用锂电池供电,锂电池电动汽车的主要缺点就是充电时间长,使用不够方便。
所以还有另一种用电容器作为电源的电动汽车。电容器作为电源的优点是充电时间短,可以反复充电、长期使用,但缺点是一次充电后的行驶里程较短,因此目前还需要对高电压、大容量的电容器做进一步的研究。
关于电容器的充电,有人提出了一个---的问题:“用电动势为e电动势的电源对电容器充电,充电结束时电容器的电压u=e电动势。设整个充电过程中充电电量为q,则电源电动势做功qe电动势,而电容器储存的电能为12qe电动势,电源电动势做功的另外一半能量去哪了?”
电容器是隔直流的,为什么电池直流可以为电容器充电?
在电路分析里,电路的响应有两种,一种是零输入响应,滤波电容器,一种是零状态响应。
所谓零输入响应,指的是输入信号为零;所谓零状态响应,指的是电路中所有储能元件和各种电源的状态均为零。
在分析零状态响应时,要把电压源短路,电流源开路。
对于电容来说,在零状态响应的通电瞬间,它可以认为是电压为零的电压源,所以它相当于短路。
我们来看下图:上一张图是电路结构,我们看到电源e和它的内阻r,开关qf,还有电容c和电阻r。
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