發表於 2019-04-30 15:15:25
電容、電感是如何儲能的？
這個問題是很多電子初學者都想知道的原理。其中，由於電感的儲能方式現在依舊存在很多的爭論，所以本文中的觀點純屬於個人對電感的理解。
在講解電感的儲能方式之前，先看看電容是如何儲能的。在項目二的視頻中可以了解到，電容儲存的能量時電壓，而在能量的角度上，我們可以把電壓稱之為「電場」。故，電容是一個儲存電場的物質。
電場是什麼？
電場什麼？它是如何產生的？電場是「電荷」及「變化磁場」周圍空間裡存在的一種特殊物質。在電容儲存的電場，主要就是「正負兩極板之前的電荷所產生的電場」。
電容是如何儲存電場的？
當電容沒有儲存有電壓時，電容兩極板之間的電荷是處於一個平衡態；如圖1所示：
圖1
而當電容儲存有電壓時，其兩極板之間的電荷便不再是一個平衡態，如圖2所示。這說明，電容上存在電場是因為電容兩極板上的電荷不守恆導致的。
圖2
現在假設有一個容量無窮大的電容，其上面存在著＋5V的電壓，當將其與一個10uF的電容並聯時，10uF的電容上也會儲存有＋5V的電壓。如圖3所示：
圖3
從圖3可以知道，電容在儲存電場的過程，實際上是電源上的電荷破壞了電容上自身的電荷平衡導致的。而當電容的電荷平衡被破壞時，電容上即存在了電場，這時我們就稱電容上儲存有了電壓。
從以上內容可總結：電容儲存的是電場，而電場是因為電容上的電荷平衡被「電壓源」打破而導致的。這就是電容儲存電壓的基本原因。
而當電容在放電時，該過程其實就是正負兩極板之前進行了電子轉換，使兩極板之間再次達到電荷平衡的過程，這就是電容放電的基本原理。詳細的內容將在視頻中講解。
電感的儲能方式
這時，若將電感與電容進行類比，很多人可能會立刻想到：電感在沒有儲存有能量時，應該也是存在著某種物質的平衡。作者本人當時在想這個問題時產生了一個概念，即：「磁荷平衡」。
但是很遺憾，其實人類現在也還沒證明磁荷的存在。但是電感在平衡狀態時，確實是存在「某種磁場物質」平衡的。這個物質叫做「磁疇」。
對於磁疇的概念，在這裡不進行詳細的描述。但是其與電容的儲能方式是類似的。只不過「磁疇」是在磁場世界中的物質，其對應著電場中的電荷。
大家在沒有對「磁疇」進行深度了解時，可以簡單地把磁疇理解成「磁介質中存在的無數個隨機排布的小磁鐵」，這一堆小磁鐵在沒有磁場的環境中，會相互抵消各自的磁場並處於一個平衡態，使「磁介質」對外不表現磁性，如圖4所示：
圖4
由此可以知道，當沒有電感流過電流時，電感中的磁芯內部的「磁疇」也是處於平衡態的。這與「沒有存有電壓的電容，其兩極板之間的電荷處於平態衡」是一樣的。
圖5 平衡態的磁疇分布
而當電感上流過電流時，由於電流會存在磁場，當電流的磁場經過磁芯時，電流磁場會打破「磁疇」的平衡狀態，使「磁疇」同時趨向於外部磁場的方向。進而導致磁芯此時會對外表現出磁場。而這個磁芯磁場從無—＞有的過程，其實就是電感儲存磁場的過程。
圖6 存有磁場的磁疇分布
從圖6可以看到，電感的磁芯由於電流磁場的原因，而導致內部的磁疇分布失衡。當磁疇分布失衡時，磁芯就會對外表現出磁場。這時我們就稱電感存有能量了。其與「電容存有電壓時，兩極間的電荷不守恆」的情況類似。
而當外部的電源去掉時，電感上的磁疇就會恢復原來的平衡狀態。此時磁芯上的磁場就會慢慢變小，由於變化的磁場會產生電場，這個電場就是電感續流的原因。這個過程與電容放電的過程是類似的。
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