在知乎上看到有人在問：

　　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，但一直以來都沒有理順思路，覺得電容捉摸不透，我覺得電容應該是可以用一些簡單的原理來解釋的，求高手來分享一下。

　　看到一篇回答，非常簡單且經典，特此轉載。

　　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。

　　理工科知識都這樣，基礎不牢，后面說什么都是對牛彈琴。

　　電容充放電原理又是什么呢？

　　很簡單，絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒帶電了，對嗎？

　　為什么玻璃棒會帶電？因為它上面的電子轉移到絲綢上面去了，于是微觀上，帶負電的電子少了一大片，出現了“虧空”，所以它就帶了正電荷。這就叫“靜電”。

　　進一步的，我們把帶電的玻璃棒和驗電器接觸，驗電器的鋁箔是不是張開了？

　　為什么會張開呢？

　　因為驗電器上面的一部分電子轉移給了玻璃棒，中和了它所攜帶的“正電荷”——同時也使得驗電器本身帶了正電。

　　你看，說來說去都是電子的遷移，對吧。

　　當然，這些說的是靜電。

　　我們知道，靜電可以通過導電物“放電”。秋冬季正是靜電的高發季節，如果天氣干燥，你大概已經吃過不少次靜電的“苦頭”了吧？

　　通過導線連接玻璃棒和驗電器，電子就會沿著導線完成轉移——和你直接用玻璃棒接觸驗電器的效果毫無差別。

　　這個過程中，導線中就產生了“電流”。只是這個電流持續時間極短，啪一下閃個電火花，沒了。

　　為什么沒了呢？因為玻璃棒和驗電器之間已經沒有“電位差了。

　　你一半，我一半，現在大家都帶正電，電勢相當，自然就不可能繼續存在什么電流了。

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

　　沒錯。

　　比如，通過原電池反應，我們就可以在原電池的正負極之間一直保持一個電位差；那么當用導線連接它們時，我們就得到了“穩恒電流”。

　　02

　　類似的，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極連接時，會發生什么？

　　顯然，接正極的鋁箔帶了正電，接負極的鋁箔帶了負電。

　　你可以找一個6.3伏1000uF的鋁電解電容器，和干電池正負極相連（注意接對正負級）——現在，取下電容器，用鑷子短接它的兩個引腳，是不是會啪的一聲同時閃爍個電火花？

　　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極！

　　——啊，我本來就夠暈了！你就別再拉扯奇奇怪怪的東西進來了！

　　我猜題主一定會這樣哀嚎。

　　但理工科有一點很“詭異”：一旦掌握了根本，你拉扯進來的東西越多，它反而越能幫你深入理解相關知識。

　　——學習理工科的樂趣，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電的橡膠棒接觸它們，使它們分別帶上正負電荷。

　　很好。

　　你會注意到，這兩片鋁箔彼此相吸。你知道這是靜電吸力的作用——歸根結底是電場的作用……

　　現在，我們把兩片鋁箔慢慢分開……

　　這個過程中，我們需要抵抗靜電力功；拿的越遠，我們做的功就越多……同時兩片鋁箔間的電勢差也在增長。

　　但是，整個過程中，兩片鋁箔上帶的電荷數量并沒有變化。

　　這說明什么呢？

　　說明當兩片鋁箔隔的比較遠時，給它們充上同樣多的電荷，需要提供的電功會更高——不然就要違反能量守恒定律了。

　　類似的，當兩片鋁箔隔的比較近時，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”——這是從電場原理發的“補刀”。

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

　　我們把“充入電荷的容易程度”叫做“電容量”。

　　從我前面的論述，在搭配一點點電場/電勢能/做功方面的知識，很容易推出：電容量和極板面積成正比，和極板距離成反比——介電常數高端，咱暫時就不管了。

　　嗯，你看，掌握了根本，連電容公式咱都用不著求人，自己都能猜個八九不離十，對吧。

　　顯然，要把電容做大，一個是極板的面積要大（所以需要用大片鋁箔卷起來），另一個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電的氧化鋁層作為間隔，和電解液充當的另一個電極構成了一個電容器。這個氧化層極薄，因此電解電容器才能用很小的體積做到很大的電容量。

　　缺點就是，它只能接受一個方向的充電。一旦接反，氧化鋁就會被侵蝕、破壞，電容器就壞掉了——這里又和電化學知識串起來了。

　　物理/化學就這點好玩。你思考的越多，就越會發現，似乎一切一切知識，最終都能歸結到很少幾條簡單的道理上。

　　最終，你似乎并沒有學到任何新知識，只是對牛頓三定律量守恒等等等等理解的越來越深刻了；而這種深刻反過來能幫你觸類旁通，甚至獨立發明/發現出新的東西——就好像電容量公式一樣。

　　學的越多，懂的越少；但卻越發能應付更多、更復雜的場景。一旦你有了這個感覺、然后在新知識中驗證通過，你就知道，你大概是把知識學到手了。

　　03

　　嗯，現在，電容器那神秘的面紗是不是已經不存在了？

　　一旦理解到這個程度，題主的問題就完全不算是問題了。

　　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；電荷需要一點一點的充放、距離也不存在“瞬移”，電容兩端的電壓自然就不能突變了。

　　類似的，為什么電容器不允許直流電過？

　　很簡單，它中間是斷的，兩片鋁箔并未接觸。

　　剛接入電源時，當然會有電流給它充電；但一旦兩片鋁箔間的電壓被充至電源電壓，電路中自然就沒了電流。

　　因此，電容器無法讓直流電通過。

　　為什么電容器允許交流電通過？

　　因為交流電路相當于一個正負極不斷變化的電源。

　　剛接入電容器時，它也會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°這個事實），甚至就連電壓方向都在改變。

　　于是，當它的電壓低于電容器兩極電壓時，電容器就開始放電；當它的電壓極性方向轉換后，它又從另一個方向給電容器充電……

　　正因為交流電路的電壓沒一刻固定，接入其中的電容器自然一刻不停的在充放電之間轉換。而這個持續不斷的充放電過程就使得電路中一直存在電流。

　　打個比方的話，直流電就好像環形賽道，在外部電路，電子從負極出發沿電路跑到正極；而在電源內部，電子又被化學能/電磁場從正極搬到負極，一刻不停。于是就有了電流。

　　（準確的說，并不一定是把電子搬到負極；比如電池內部就是通過化學反應在負極產生過量的電子，從而維持了正負極之間的電勢差——當電池未接入電路時，“過量的電子”還能阻止負極化學反應繼續進行。因此，未使用的電池負極鋅板并不會很快的被消耗掉。直到你接通正負極、使得負極那“過量的電子”被送往正極、快速消耗掉。）

　　而電容器會阻斷這個過程（電路是斷開的），電子們給它充滿電后，路上就被堵到動彈不得了。

　　而交流電就好像AB兩個城市，上午汽車從A開到B，下午汽車從B開到A。

　　現在兩個城市之間道路斷了，但在斷點附近修了兩個巨大的停車場；于是上午的汽車仍然可以從A向B出發，只是會停到中間停車場；到了下午，中間停車場的汽車回到A、同時從B開來一些汽車，停到斷點靠近B的那一側。

　　你看，雖然汽車并不能實際的從A開到B，但由A向B以及由B向A的車流卻可以存在。

　　作者：invalid s

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