昨日,一网友问了个关于电容给电容充电的问题,我觉得这问题很好,在这里和大家分享,并做一些衍生.
问题1.一个理想电容,假设容值是1u,初始电压有30V,现在通过一个未知的电阻给另外一个相同的电容充电(该电容初始电压为0),那么最后两个电容上的电压分别是多少?
问题2.充电过程中,损耗了多少能量?
问题3.假如把那个电阻换成一个理想电感(1uH,没有串联电阻),那么两个电容上最终是什么样的电压...
1.根据公式V=Q/C
V是电容上电压
Q是充电的电量
C是容量
所以按这样计算,还是30/2=15V.
2.电阻R5的阻值未知,损耗的能量要按充电过程中有效值电流来计算,电流变化过程应该是一条斜线,至于斜率多少,就要看电阻多大了,最大电流=30/R5,最小是0,取平均值,算出消耗的功率。
3.装上电感,应该只会阻碍充电的电流变化,但是充电过程中电流是从大到小的变化过程,所以电感在这里只是会产生充电的电流上升斜坡,到一定值后阻碍作用消失,然后转为阻值电流变小,这时候电感上面产生负电压,这样两个电容上的压差变小了,所以电流逐渐变小,到最后电容上的电压还是15V。
以上纯属一己之见,错漏之处请版主指正,谢谢。
1,假设稳定后的电压为U,C1,C2串联,因此电路电流相等,因此有C1*dUc1/dt=-C2*dUc2/dt, C1,C2容值相等,因此有:30-U=U-0,所以U=15V。
2,损失的能量,交换前,C1上的储能为0.5*Uc1^2*C1=9/2000;
交换后总能量为0.5*U^2*C1+0.5*U^2*C2=9/4000;
因此损失的能量为9/2000-9/4000=9/4000焦耳。
3,如果将电路中的电阻换为电感,而电路中没有其它电阻,那么能量将在电感电容中进行无损交换,电感和电容将产生等幅震荡,震荡的幅值为30V,震荡的频率为回路的固有谐振频率。回路中两个电容串联,因此总电容为0.5u,电感假设为1u,则震荡频率为1/(2*pi*sqrt(L*0.5*C)),计算出来应该为225KHz。所以电容上的电压应该为一振幅从0到30V,频率为225KHz的正弦波。
其实整个计算都不需要用到微分方程。