在时间t = 0时电容器和电感器的行为是什么?


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电容器在时间t = 0时是开路还是闭路?为什么?电感器呢?

我尝试了一下,得到的结果是:最初,当我打开开关时,电容器的作用就像是短路。那不应该发生吧?电容器应阻止直流电。我尝试了几个不同的上限。我很困扰。


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那什么电感器呢?最好为所讨论的网络提供详细信息。另外,如果您可以使用实验室,建议您尝试一下。看到它确实可以帮助您了解正在发生的事情。

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电容器看起来像一个开路的稳定电压,但是象一个封闭的(或短)电路以一个变化的电压。电感器看起来像是对恒定电流的闭路,但就像电流变化的开路。
克里斯·斯特拉顿

您可能应该将此作为答案,因为我认为这是OP所寻找的。也许简短地解释一下原因(电容充电和磁场等)。
Tevo D

@Tuva-谢谢,尽管我功不可没-这是对建议编辑的改进。
凯文·维米尔

@ChrisStratton我认为,如果您谈到这些电路元件在不同应用中的阻抗方面的特征,而不是记住它们的“本来”,那么OP就会更容易理解。虽然,这个职位很老,所以他很可能得到了。
sherrellbc

Answers:


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简短答案:

电感器:at t=0就像开路,t等于无穷大,就像闭路一样(充当导体)

电容器:at t=0就像闭路(短路),t =无穷大就像开路(无电流通过电容器)


长答案:

电容器电荷由,其中V是电路施加的电压,R是串联电阻,C是并联电容。Vt=V(1e(t/RC))

在施加精确的瞬时功率时,电容器具有0v的存储电压,因此在理论上消耗由串联电阻限制的无限大电流。(短路)随着时间的流逝和电荷的积累,电容器的电压上升,电流消耗下降,直到电容器电压和施加的电压相等,并且没有电流流入电容器(开路)。使用较小的电容器可能无法立即识别出这种效果。

http://webphysics.davidson.edu/physlet_resources/bu_semester2/c11_rc.html上有一个很好的页面,上面有图表和一些数学解释了这一点

对于电感器,情况恰恰相反,在上电时,首次施加电压时,它对变化的电压具有很高的电阻,并且几乎没有电流(开路),随着时间的流逝,它将具有一个对稳定电压的抵抗力低,并带有大量电流(短路)。


在电感器中,反电动势在t = 0时从哪里来?似乎在此刻,您需要一些电流o来产生磁场的变化,但是如果此时电阻无限大,那么没有电流吗?
bigjosh

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电感和电容是限制变化率的效应。一旦事情解决,就没有更多的变化,也没有进一步的影响。因此,在长期的稳态下,电容器和电感器看起来像它们。它们的行为就像您希望它们起作用一样,如果您知道它们是如何构造的,但甚至不知道电容或电感是否存在。

电感器是电线。磁芯饱和后,其表现就像短路一样。

电容器是两个导体之间的间隙。充电后,其行为就像开路。

它们的瞬时行为则相反。在充电之前,电容的作用就像短路,电感的作用就像开路。


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当您打开从理想电压源到理想电容器的理想开关时,会得到一些奇怪的解决方案,在这种情况下,电流会无限长地持续。所以看起来很短很短。

更现实的解决方案包括对现实世界建模的更理想元素,第一个可能是串联电阻。


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对于未充电的接地电容器,另一个引脚(开关侧面)也处于接地电位。闭合开关的瞬间,电流就接地了。电流与不带电容器接地时的电流相同:短路就是短路。

当这种大电荷必须通过电容器的串联电阻充电时,短路电流会迅速下降。


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对于电容器:

V(t)=V(1e(t/RC))

在,因此电容器表现为短路。V = 0t=0V=0

i(t)=VRe(t/RC)

在,因此电容器表现为开路。= 0t=i=0


对于电感器:

i(t)=VR(1e(Rt/L))

在,因此电感器表现为开路。t=0i=0

V(t)=Ve(Rt/L)

在,因此电感器表现为短路。V = 0t=V=0


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由于电容器以电场形式存储能量,因此它们倾向于像小型二次电池那样工作,能够存储和释放电能。完全放电的电容器两端之间保持零伏,而充电的电容器两端之间保持稳定的电压,就像电池一样。当电容器与其他电压源放置在电路中时,它们将从这些源吸收能量,就像二次电池由于连接到发电机而被充电一样。端电压为零的完全放电电容器在连接到电压源时起短路作用,在开始充电时会汲取最大电流。随着时间的流逝,电容器的端电压会上升,以满足从电源施加的电压,并且流过电容器的电流相应减小。一旦电容器达到电源的全电压,它将停止从电容器中汲取电流,并且基本上表现为开路。


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我喜欢根据它们的微分方程来考虑它们。本质上,每个的瞬时方程为:

V=LdIdt对于电感器

I=CdVdt用于电容器

从它们的差异中,您可以看到电流变化率您可以在电感器上获得无限的瞬时电压变化。电感两端的感应电压是流过电感的电流的导数:即与电流相对于时间的变化率成比例。(dIdt)

同样,对于电容器,您可以根据电压的变化率获得较大的电流变化。在您的实验中,电压几乎立即在1us内从0V变为1V。这使得(您会看到它可能很大)。(dVdt)I=C10.000001

这些组件的不同术语使它们变得有趣。因此,变化率越高,电感上的V尖峰越大,电容器上的I尖峰越大。而电感器的电流和电容器的电压限于所施加的电流。


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当电容器处于稳态时(例如,当开关长时间闭合或断开时),电容器将充当开路。

开关状态一旦改变,电容器将在无限短时间内根据时间常数充当短路,并且在该状态下保持一段时间后,它将再次继续表现为开路。对于电感器,它将在稳态下表现为短路,而在电流变化时表现为开路。


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电容器在t = 0时就像短路一样,这是电容器中有超前电流的原因。电感器起初的作用就像开路,因此电压在电感器的开路端子两端瞬间出现电压,因此在t = 0时,电压在电感器中超前。


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您可以在此处查看有关此内容的视频(逐步响应):

https://www.youtube.com/watch?v=heufatGyL1s

基本上,电容器可以抵抗电压的变化,而电感器可以抵抗电流的变化。因此,在t = 0时,电容器充当短路,而电感器充当开路。

这两个简短的视频可能也很有帮助,它们介绍了电容器和电感器的3种效果:

https://www.youtube.com/watch?v=m_P1rvhEeiI&index=7&list=PLzHyxysSubUlqBguuVZCeNn47GSK8rcso&t=101s


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只需记住电容器将电压从0升高到高电压,所以在ov时电容器本身起短路ckt的作用,而对于高压电容起开路ckt的作用,在电感器的情况下相反


这是不正确的定义。电容器中的电流取决于电压的变化率,而不是绝对电压。电感器中的电流取决于电压的积分,而不是绝对电压。
Joe Hass

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@JoeHass:答案措辞不佳,但从根本上讲是不正确的。
戴夫·特威德
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