电感与电容都是储能元件。如果两端有电压差,电容会以电场能的形式储存能量;电感会以磁场能的形式储存能量。表现出来的现象,是电容两端有压差,这个压差用万用表很容易就能检测到;电感周围有磁场,然而这个磁场并不容易被检测出来,不那么直观。给电容两端施加电压,称为充电;给电感两端施加电压,称为充电也可以,更形象的说法是“充磁”。
电容不喜欢电压的变化,如果由于外部原因导致电容两端的电压要增大,电容会先储存电荷,放慢电压增大的速度;如果外部原因导致电容两端的电压要减小,电容会释放自己储存的电荷,放慢电压减小的速度。只分析变化的这一瞬间的话,可以说,电容两端电压不能突变。
电感不喜欢电流变化,如果由于外部原因导致流过电感的电流要增大,那么电感产生的磁场会变强,阻碍电流变大;如果由于外部原因导致流过电感的电流要减小,那么电感产生的磁场会在电感自身上感应出电流来,放电阻碍电流变小。也可以说,电感内部的电流不能突变。
电感产生的电流与外部电路的电阻大小没有关系,如果有个电阻R跟电感串联,电感放出的电流为I,那么电阻上会感应出的电压就是U=I*R。这个电压可以比给电感充电的电压还大,人们常常利用 电感的这个特性产生高电压。由于电感产生的磁场可以在附近的另外一个导体上感应出电流来,通过磁场实现“无形”的能量传递,人们常常利用这个特性来进行通信,或者能量传递。
电感与电容很多特性是对立的,把他俩进行串联或者并联,得到的电路也很有意思。在此我们只讨论LC并联的情况。
假设电感与电容都是理想元器件,不存在损耗。初始状态的时候电容内部储存了电荷。
电容 | 电感 | 图示 |
假设为初始状态,电容充满电荷,上极板电压高 | 电感没有产生磁场。这个瞬间没有电流。 | |
电容放电,电压差减小。电流方向为逆时针。 | 电感充磁,磁场变强,内部磁场方向为“从上到下”。 | |
电容放电完毕。 | 电感充磁完毕,磁场能最大,即将开始放电。 | |
电容开始充电,但是电流方向仍为逆时针,所以电容下极板电压高。 | 电感阻碍逆时针电流减小的趋势,自己放电维持逆时针电流,磁场变小。 | |
电容放电,电压差减小。电流方向为顺时针。 | 电感充磁,磁场变强,内部磁场方向为“从下到上”。 | |
电容放电完毕。 | 电感充磁完毕,磁场能最大,即将开始放电。 | |
电容开始充电,但是电流方向仍为顺时针,所以电容上极板电压高。 | 电感阻碍逆时针电流减小的趋势,自己放电维持顺时针电流,磁场变小。 | |
回到初始状态 | 回到初始状态 | |
电容的电场能转换为电感的磁场能,电感的磁场能转换为电容的电场能,两种能量相互转换。以上电路可以称为LC并联谐振电路。所谓谐振,就是共振的意思。两个频率相同,相位相同的正弦波叠加时,叠加波形达到最大值,这个共振的现象,在电路里称为谐振。分析电容或者电感两端的电压,可以发现,电压波形是正弦波,以一定的频率振荡。这个频率与电感值和电容值都有关系,称为谐振频率,可以表示为: