频率高低为什么可以影响电容两端电压大小?在同一个交流电源下,在两极板间流动的电荷量是固定的,频率高

频率高低为什么可以影响电容两端电压大小?在同一个交流电源下,在两极板间流动的电荷量是固定的,频率高低只影响电流快慢,为什么说频率低容抗大,分得的电压大,无论频率高低,两极板上电荷量固定,也就是电压固定啊,求解

在外加电压不变的RC交流电路中,R、C不变,电容上的电压随频率上升而下降。在同一交流电源下两极板件流动的电荷不是固定的,而是和频率成反比。
那是因为电容上的电压关系是为
uc=(1/C)∫idt
式中C为电容量,i为充放电电流,t为充电时间。
在外加电压U、电容C和线路电阻R不变的情况下,充电电流I是一个常数:
I=U/z (z为电路阻抗
将以上个条件代入电容电压公式,可见电容上的电压只和充电时间有关,
uc=kt,(k=(1/C)U/z)
频率越高表示充放电的时间t越小,对应的电压就越低。
此式还可以说明,在外加电源电压电阻不变的情况下电容值C越小,uc电压的电压越高。追问

那去掉电容只有电阻的情况下,频率升高后不会出现电阻两端电荷聚集时间变短而导致电压下降是不是因为电容电压不能突变而电阻可以

追答

电阻不是储能元件,不会堆积电荷,所以电阻电压之和电流有关,和频率无关。

追问

有阻值就会堆积电荷,电容是相当于阻值无穷大,你也说了,频率高时停留在极板上的电荷少,所以电压降低,那么对于电阻来说,频率提高,被阻挡的电荷少,电压也会降低,所以我才问是不是电阻两端的电压建立是可以突变的。不像电容是不能突变的,所以频率对电压有影响

追答

谁说有阻值就会堆积电荷的?电阻不是储能元件,两端电压可以突变。后面电容电压建立需要时间的理解是可以的。

追问

有阻值就带电压,电压是什么?就是电荷堆积,频率无法影响纯电阻电路电流就是因为电阻两端电压可以突变,电容不行

追答

电荷堆积成电压是针对电容的,请别张冠李戴。

追问

没有电荷堆积,电阻两端怎么有电压?

追答

电荷通过电阻,不是堆积在电阻上。

追问

是通过,但是慢慢通过,像堵车一样,形成电势差

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第1个回答  2016-02-21
在交流电源下,两极板间流动的电荷量平均是固定,但细分到1/50秒时,50赫兹的市电电流在1/50秒内的流动电荷就是变化的,而且是由大向小变。这样频率不同,变化的时间不同,变小的幅度不同。由于时间越短,即频率越高,电流变小的幅度越小,使电荷量的平均值就越大,所以频率越高,电容容抗产生的电阻越小。致使频率高低可以影响电容两端电压大小,而且是频率越高电容两端电压越小。追问

能理解成频率低时,电荷有足够的我时间到达极板建立电压,频率高时,到达极板的电荷没那么多,所以电压有变化吗。

追答

无线电的波长小于电容极板之间的距离,致使都有足够时间到达极板建立电压。由于频率越高,变化的速率越快,电荷量增加的速度越快,所以频率越高,容抗产生的阻值越小。即频率越高,电容两端的电压越小。

追问

既然都能到极板,电荷数量不变,不管变化快慢,最终到达极板上电荷量相同、又怎么会频率高电压低,频率电压高?

追答

电子运动类似运动员,频率越高运动员起脚越快,起脚越快,截面积单位时间经过的电荷越多。

追问

单位时间内通过导体截面的电荷是增多了,但是总数是不变的,也就是说,假如5个电荷,频率低时用5秒到达极板,频率高时用1秒到达极板,但最终都是5个电荷,电压应该不会改变,所以只有一种理解,就是频率高时电流变大了,但是无法让全部电荷到达极板

追答

频率高,电流变大的原因是,频率越高容抗越小导致的。而电流变大跟不上容抗变小的速度,致使电压改变。因为电容是非线性元件。

追问

电流变大不需要容抗变小,试问如果是一个普通电阻,你增加电源频率,电流还是增加了啊

追答

电阻大小是电阻自身决定的,电容大小也是自身决定。但容抗不仅跟电容大小有关,也跟频率有关。所以电流变化,是因为频率变化带动容抗变化所致。这里电容容量和容抗,虽然有关系,但是不是一回事。

追问

那我这么说吧,纯电阻电路,增加频率,电流难道没增大?

追答

纯电阻电路电流大小与频率无关,因此欧姆定律中没有频率参加其中。

追问

纯电阻电路提高频率电流不也是变大了吗

追答

不变大。

追问

怎么会呢,频率提高了,电路中电流流动更快了,单位时间内通过导体横截面的电子增加了

追答

电流速度与频率无关,即直流电流速度和交流电流速度相等,假设在月球上安装两个灯泡,一个通地球上的直流电,一个通地球上的交流电,月球上的灯泡都需要相同的时间才能被点亮。

追问

难道提高频率没增加电流速度?频率低时,在一段导体上1秒来回1次,频率提高,1秒来回更多次,速度没提高?

追答

交流电来回是错开时间,并不是像双车道,同一时间存在两个方向的汽车。即同一时间电流只有一个方向的电流,相反的电流只能在下一个时间段出现。频率越高下一个时间段越短。直流电的下一个时间段将是无限长而已。

追问

我知道啊,我就说单位时间内通过横截面的电荷是增加了啊

追答

同一个时间界面只有一个方向的电流,电荷怎会增加。

追问

原来1秒跑一次现在一秒跑5次,那么每一次需要的时间前者是1秒后者是0.2秒,速度没增加?

追答

原来1秒跑1次,现在是5秒跑5次。比如小朋友拉成一个圈,一个方向跑1小时,每秒在眼前(界面)过3个小朋友,如果1分钟变换一次方向(交流),同样每秒在眼前过3个小朋友。或者说1小时同样在眼前都是过1万零8百个小朋友。

追问

1秒一次和1秒5次,不是5秒5次

追答

我说的不一定对,或者描述的不清楚,甚至失真,请你以书或专家为准,即本人嘴笨,文字更笨,实在弄不清了。

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第2个回答  2016-02-21
你可能先要理清主要的两点,再细细领会。
⑴电流是每秒钟通过导线截面的电荷量也就是电荷运动的速度。频率高低既说明电流变化快慢,也说明了电容充电放电的频率。频率越高,电容充电放电的过程进行的越快,也即电荷运动得越快,电流越大。那么说明电容对电流的阻碍小,它的容抗显得就小。
⑵在与其他元件串联时才有分得的电压大小的问题,串联电路中各处的电荷量相等,所谓电容量就是电容器每储存1库伦电荷所需要的电压,在维持同样电荷量的情况下,由于电容量越小电容器容抗越大,也就需要更高的电压。
如有问题欢迎继续追问。追问

第一点关电容什么事?无论是有电容没电容,提高频率都使电流变大,显得电路中元件的电阻小。我的意思是,频率的高低对容抗的影响如果仅仅是因为电流变快而显得电容小了,那么跟他两端电压什么事?就说滤波电路,低频率时电容电压高,反之相反,电源只改变了频率,没改变正玄幅值,无论频率高低,驱动的电荷量不变,到达两极板的电荷数量不变,电压怎么变的?

追答

第一点不管电容大小的事(电容的大小只取决于电容器的结构和介质),但是关容抗的事啊。频率的高低不是影响电容的大小,而是影响容抗的大小。容抗与频率成反比。
容抗也与电容大小成反比,电容小了,意味着它对电荷的存储量、吞吐量小了,Q=CU,维持两极板的电荷数量需要的电压就高,也可以认为,提高两端电压,就提高了存储和吞吐的电量的能力。频率提高了,电流变化加快,只有得到更高的电压,才能满足电容器对电路电荷的吞吐。
如果把一个电容接在理想电源两端,不管电源频率怎么变,电容两端的电压是不会变的。变化的只是电流。要是串联有其它元件,比如电阻,电容的电压才可能变化。

追问

就说RC串联,电源为一个正玄信号发生器,频率由低调高,电源幅值不会变,驱动的电荷数量一样,假如驱动5个电荷,那么频率低时5个电荷1秒来回1次,频率高时来回5次,可到达极板上的永远都是5个,不会因为你频率升高而增加,所以两极板间电压怎么会随频率升高而降低?

追答

很少有教材从电荷移动来解释这个问题。频率高周期就短,电容的充放电周期时间也短,出现还没来得及完成充电,电压已经换向,电容就进入放电状态。这5个电荷也许只有3个到达极板,于是,·电容两端电压就低了。频率越高,每周期中到极板上的电荷越少,电容电压越低。滤波电容的电压是单方向的,向负载放电又不大,就可能积累到最大值。

追问

对,我也是这个想法,频率低时,电荷有足够的时间到达极板建立电压,频率高时,电流变大了,但是电荷来不及全在极板建立电压。目前只能这么解释的通

追答

👏👍

之前我也没有想到这个问题,这次才想明白的。你勤于思考,点个赞。

追问

那这么看来,纯电容电路也符合这个说法?

追答

如果把纯电容电路理解为电路里除了电源和电容,而且是理想电源的话,道理是一样的,有所不同的是,这时电容两端的电压总是等于电源电动势,不会因频率变化而变化。原因是电荷没有其它的阻碍,移动非常畅通,在电源的驱动下,能够全数到达电容的极板。

追问

OK。那在纯电阻电路中,频率升高,电流也是增大,跟电容一样?

追答

电阻阻值的大小与频率无关,所以在纯电阻电路中, 频率升高或者减低都不会引起电流变化。

追问

但是频率升高电路中电流速度变快了,单位时间通过导体截面积的电荷数量多了,怎么不是电流变大了呢

追答

单位时间通过导体截面积的平均电荷并不因为频率高而变多了,电流也不会变大。用语言来解释不如画波形图来看得清楚。直流电时流过的电荷量是平稳的,交流电是波动的,其平均值不比直流电大。比较波形图上两者所围的面积就清楚了。

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