对于一个有固定容值的电容而言,施加在它上面的电压,和流过它身上的电流的关系如上图中那两道微分与积分式。
以微分形式来看,当对电容施加固定的直流电压的时候,因为直流电压随时间是不变的,所以对直流稳态而言,理想的电容器会是开路的,因为不会有电流流过它,严谨的直流电压的定义是指方向不会变换的电压,但是它的电压值可能会变动,只是方向不变,但是为了让说明可以简洁一点,之后谈到直流电压指的就是像五伏特、三伏特,这种固定不随时间变动的电压。
换成以积分形式来看的话,如果把电压想像成水位的话,水桶一开始有个初始水位,当在水桶里面持续加水,水桶的水位也会跟着变高,如果从水桶里面把水抽出来的话,水位就会跟着降低,所以当电流持续积分,使得电容上的电压持续上升到跟施加的直流电压一样的时候,因为两者的压差为零,所以自然就不会有电流从电容上面流过。
前面看到电容是一个水桶,它储存的是电能,所以对水桶加水,水位会跟着升高,电能的储存就会反映在电容上面的电压的升高,从微分的式子来看的话,电压往上或者是往下的变动,代表了电流正在往电容充电或是放电,以积分这个形式来看,可以知道电容是一个非常讨厌电压变化的东西,所以如果在电容上面,突然接了一个电压源,给了一个突然的电压变化,那么电容就会以剧烈的大电流来反应。这点从微分的式子也能看到。
电感的电压与电流之间的关系一样可以用微分和积分形式来表达,如上图那两道式子。
以微分型式来看,当对电感施加固定的直流电流时,因为随着时间电流不变,所以对直流稳态而言,理想的电感器为短路,因此电感上的压差𝑣𝐿(𝑡)将为 0。
以积分形式来看,电感就像一条水管,而且是口径会变化的水管,当它身上有个固定电压时,这条水管的口径会越变越大,水流也随之变大,大到电源能提供的最大电流为止。
以积分这个形式来看,可以知道电感是很讨厌电流变化的东西,所以一旦有瞬间的电流变化的时候,电感就会以剧烈的电压变动来反应,比如说电感从短路的状态,有流通电流的状态,突然开路了就会瞬间没电流,这个电感上面电压会突然升很高。这点从微分的式子也能看到。
理想电压源施加于电感之后,流过电感的电流会一直升到无限大,但实际上的电压源会有内阻存在,所以电流总是会升高到某个限度就不再往上了。一条有电流流过的导线周围带有磁场,电感储存的是磁能,如果它要储存更多磁能,代表流过的电流也要越高,所以磁能的储存将会反映在电流的升高。
Benjamin Jones 2021年2月16日 下午5:42
