在知乎上看到有人在問(wèn)：

　　如何理解電容？

　　雖然知道電容可以充放電，電容兩端電壓不能突變，電容通高頻、阻低頻，但一直以來(lái)都沒(méi)有理順?biāo)悸罚X(jué)得電容捉摸不透，我覺(jué)得電容應(yīng)該是可以用一些簡(jiǎn)單的原理來(lái)解釋的，求高手來(lái)分享一下。

　　看到一篇回答，非常簡(jiǎn)單且經(jīng)典，特此轉(zhuǎn)載。

　　01

　　你先搞明白電容“充放電”的原理，剩下就全都是自然而然的了。

　　理工科知識(shí)都這樣，基礎(chǔ)不牢，后面說(shuō)什么都是對(duì)牛彈琴。

　　電容充放電原理又是什么呢？

　　很簡(jiǎn)單，絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒帶電了，對(duì)嗎？

　　為什么玻璃棒會(huì)帶電？因?yàn)樗厦娴碾娮愚D(zhuǎn)移到絲綢上面去了，于是微觀上，帶負(fù)電的電子少了一大片，出現(xiàn)了“虧空”，所以它就帶了正電荷。這就叫“靜電”。

　　進(jìn)一步的，我們把帶電的玻璃棒和驗(yàn)電器接觸，驗(yàn)電器的鋁箔是不是張開(kāi)了？

　　為什么會(huì)張開(kāi)呢？

　　因?yàn)轵?yàn)電器上面的一部分電子轉(zhuǎn)移給了玻璃棒，中和了它所攜帶的“正電荷”——同時(shí)也使得驗(yàn)電器本身帶了正電。

　　你看，說(shuō)來(lái)說(shuō)去都是電子的遷移，對(duì)吧。

　　當(dāng)然，這些說(shuō)的是靜電。

　　我們知道，靜電可以通過(guò)導(dǎo)電物“放電”。秋冬季正是靜電的高發(fā)季節(jié)，如果天氣干燥，你大概已經(jīng)吃過(guò)不少次靜電的“苦頭”了吧？

　　通過(guò)導(dǎo)線連接玻璃棒和驗(yàn)電器，電子就會(huì)沿著導(dǎo)線完成轉(zhuǎn)移——和你直接用玻璃棒接觸驗(yàn)電器的效果毫無(wú)差別。

　　這個(gè)過(guò)程中，導(dǎo)線中就產(chǎn)生了“電流”。只是這個(gè)電流持續(xù)時(shí)間極短，啪一下閃個(gè)電火花，沒(méi)了。

　　為什么沒(méi)了呢？因?yàn)椴ＡО艉万?yàn)電器之間已經(jīng)沒(méi)有“電位差了。

　　你一半，我一半，現(xiàn)在大家都帶正電，電勢(shì)相當(dāng)，自然就不可能繼續(xù)存在什么電流了。

　　那么，如果可以想出一個(gè)辦法，使得電位差一直存在……電流是不是就可以一直存在了呢？

　　沒(méi)錯(cuò)。

　　比如，通過(guò)原電池反應(yīng)，我們就可以在原電池的正負(fù)極之間一直保持一個(gè)電位差；那么當(dāng)用導(dǎo)線連接它們時(shí)，我們就得到了“穩(wěn)恒電流”。

　　02

　　類(lèi)似的，如果我們把兩片鋁箔放的很近、然后用金屬線把它們分別和原電池正負(fù)極連接時(shí)，會(huì)發(fā)生什么？

　　顯然，接正極的鋁箔帶了正電，接負(fù)極的鋁箔帶了負(fù)電。

　　你可以找一個(gè)6.3伏1000uF的鋁電解電容器，和干電池正負(fù)極相連（注意接對(duì)正負(fù)級(jí)）——現(xiàn)在，取下電容器，用鑷子短接它的兩個(gè)引腳，是不是會(huì)啪的一聲同時(shí)閃爍個(gè)電火花？

　　這就是電容器的充放電。

　　你可能注意到，我前面提到的電容器是“鋁電解電容”，而且這種電容居然還分正負(fù)極！

　　——啊，我本來(lái)就夠暈了！你就別再拉扯奇奇怪怪的東西進(jìn)來(lái)了！

　　我猜題主一定會(huì)這樣哀嚎。

　　但理工科有一點(diǎn)很“詭異”：一旦掌握了根本，你拉扯進(jìn)來(lái)的東西越多，它反而越能幫你深入理解相關(guān)知識(shí)。

　　——學(xué)習(xí)理工科的樂(lè)趣，恰恰正在于此。

　　讓我們從頭再走一遍吧。

　　還是兩片鋁箔，我們分別用帶正電的玻璃棒和帶負(fù)電的橡膠棒接觸它們，使它們分別帶上正負(fù)電荷。

　　很好。

　　你會(huì)注意到，這兩片鋁箔彼此相吸。你知道這是靜電吸力的作用——?dú)w根結(jié)底是電場(chǎng)的作用……

　　現(xiàn)在，我們把兩片鋁箔慢慢分開(kāi)……

　　這個(gè)過(guò)程中，我們需要抵抗靜電力功；拿的越遠(yuǎn)，我們做的功就越多……同時(shí)兩片鋁箔間的電勢(shì)差也在增長(zhǎng)。

　　但是，整個(gè)過(guò)程中，兩片鋁箔上帶的電荷數(shù)量并沒(méi)有變化。

　　這說(shuō)明什么呢？

　　說(shuō)明當(dāng)兩片鋁箔隔的比較遠(yuǎn)時(shí)，給它們充上同樣多的電荷，需要提供的電功會(huì)更高——不然就要違反能量守恒定律了。

　　類(lèi)似的，當(dāng)兩片鋁箔隔的比較近時(shí)，由于不同電荷之間的互相吸引，給它們充上同樣多的電荷就更“容易”——這是從電場(chǎng)原理發(fā)的“補(bǔ)刀”。

　　一個(gè)物理現(xiàn)象往往可以從多個(gè)不同方向解釋，不一定非要死磕能量守恒而這種從多個(gè)不同方向解釋、最終結(jié)論卻完全一致的現(xiàn)象，就是“自洽”。一切可靠的理論，其內(nèi)部一定是自洽的）。

　　我們把“充入電荷的容易程度”叫做“電容量”。

　　從我前面的論述，在搭配一點(diǎn)點(diǎn)電場(chǎng)/電勢(shì)能/做功方面的知識(shí)，很容易推出：電容量和極板面積成正比，和極板距離成反比——介電常數(shù)高端，咱暫時(shí)就不管了。

　　嗯，你看，掌握了根本，連電容公式咱都用不著求人，自己都能猜個(gè)八九不離十，對(duì)吧。

　　顯然，要把電容做大，一個(gè)是極板的面積要大（所以需要用大片鋁箔卷起來(lái)），另一個(gè)是極板之間的距離要低。

　　電解電容器就是利用鋁極板表面不導(dǎo)電的氧化鋁層作為間隔，和電解液充當(dāng)?shù)牧硪粋€(gè)電極構(gòu)成了一個(gè)電容器。這個(gè)氧化層極薄，因此電解電容器才能用很小的體積做到很大的電容量。

　　缺點(diǎn)就是，它只能接受一個(gè)方向的充電。一旦接反，氧化鋁就會(huì)被侵蝕、破壞，電容器就壞掉了——這里又和電化學(xué)知識(shí)串起來(lái)了。

　　物理/化學(xué)就這點(diǎn)好玩。你思考的越多，就越會(huì)發(fā)現(xiàn)，似乎一切一切知識(shí)，最終都能歸結(jié)到很少幾條簡(jiǎn)單的道理上。

　　最終，你似乎并沒(méi)有學(xué)到任何新知識(shí)，只是對(duì)牛頓三定律量守恒等等等等理解的越來(lái)越深刻了；而這種深刻反過(guò)來(lái)能幫你觸類(lèi)旁通，甚至獨(dú)立發(fā)明/發(fā)現(xiàn)出新的東西——就好像電容量公式一樣。

　　學(xué)的越多，懂的越少；但卻越發(fā)能應(yīng)付更多、更復(fù)雜的場(chǎng)景。一旦你有了這個(gè)感覺(jué)、然后在新知識(shí)中驗(yàn)證通過(guò)，你就知道，你大概是把知識(shí)學(xué)到手了。

　　03

　　嗯，現(xiàn)在，電容器那神秘的面紗是不是已經(jīng)不存在了？

　　一旦理解到這個(gè)程度，題主的問(wèn)題就完全不算是問(wèn)題了。

　　電容器充放電的原理明白了，那么“電容器兩端電壓不能突變”自然也一下子就能推出來(lái)了：電容兩端的電壓由電容器極板上的電荷量以及極板間的距離決定；電荷需要一點(diǎn)一點(diǎn)的充放、距離也不存在“瞬移”，電容兩端的電壓自然就不能突變了。

　　類(lèi)似的，為什么電容器不允許直流電過(guò)？

　　很簡(jiǎn)單，它中間是斷的，兩片鋁箔并未接觸。

　　剛接入電源時(shí)，當(dāng)然會(huì)有電流給它充電；但一旦兩片鋁箔間的電壓被充至電源電壓，電路中自然就沒(méi)了電流。

　　因此，電容器無(wú)法讓直流電通過(guò)。

　　為什么電容器允許交流電通過(guò)？

　　因?yàn)榻涣麟娐废喈?dāng)于一個(gè)正負(fù)極不斷變化的電源。

　　剛接入電容器時(shí)，它也會(huì)像直流電一樣為電容器充電；但是給電容器充滿電后，它的輸出電壓仍在改變（所以才有電容電流和交流電路電壓相差90°這個(gè)事實(shí)），甚至就連電壓方向都在改變。

　　于是，當(dāng)它的電壓低于電容器兩極電壓時(shí)，電容器就開(kāi)始放電；當(dāng)它的電壓極性方向轉(zhuǎn)換后，它又從另一個(gè)方向給電容器充電……

　　正因?yàn)榻涣麟娐返碾妷簺](méi)一刻固定，接入其中的電容器自然一刻不停的在充放電之間轉(zhuǎn)換。而這個(gè)持續(xù)不斷的充放電過(guò)程就使得電路中一直存在電流。

　　打個(gè)比方的話，直流電就好像環(huán)形賽道，在外部電路，電子從負(fù)極出發(fā)沿電路跑到正極；而在電源內(nèi)部，電子又被化學(xué)能/電磁場(chǎng)從正極搬到負(fù)極，一刻不停。于是就有了電流。

　?。?zhǔn)確的說(shuō)，并不一定是把電子搬到負(fù)極；比如電池內(nèi)部就是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在負(fù)極產(chǎn)生過(guò)量的電子，從而維持了正負(fù)極之間的電勢(shì)差——當(dāng)電池未接入電路時(shí)，“過(guò)量的電子”還能阻止負(fù)極化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。因此，未使用的電池負(fù)極鋅板并不會(huì)很快的被消耗掉。直到你接通正負(fù)極、使得負(fù)極那“過(guò)量的電子”被送往正極、快速消耗掉。）

　　而電容器會(huì)阻斷這個(gè)過(guò)程（電路是斷開(kāi)的），電子們給它充滿電后，路上就被堵到動(dòng)彈不得了。

　　而交流電就好像AB兩個(gè)城市，上午汽車(chē)從A開(kāi)到B，下午汽車(chē)從B開(kāi)到A。

　　現(xiàn)在兩個(gè)城市之間道路斷了，但在斷點(diǎn)附近修了兩個(gè)巨大的停車(chē)場(chǎng)；于是上午的汽車(chē)仍然可以從A向B出發(fā)，只是會(huì)停到中間停車(chē)場(chǎng)；到了下午，中間停車(chē)場(chǎng)的汽車(chē)回到A、同時(shí)從B開(kāi)來(lái)一些汽車(chē)，停到斷點(diǎn)靠近B的那一側(cè)。

　　你看，雖然汽車(chē)并不能實(shí)際的從A開(kāi)到B，但由A向B以及由B向A的車(chē)流卻可以存在。

　　作者：invalid s

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