单选题
电容器的电流I=CΔUC/Δt,当UC增大时,电容器为( )
A
充电过程并吸取电能转换为电场能
B
充电过程并吸取电场能转换为电能
C
放电过程并由电场能释放为电能
D
放电过程并由电能释放为电场能
答案解析
正确答案:A
解析:
本题考查电容器的基本工作原理,核心在于理解电容器电压变化与充放电过程、能量转换之间的关系。
题干给出的公式为:
$$ I = C \frac{\Delta U_C}{\Delta t} $$
这是电容器电流的定义式(在离散近似下),其物理含义是:流过电容器的电流与电容两端电压的变化率成正比,方向由电压变化趋势决定。
分析关键条件:“当 $ U_C $ 增大时”,即 $ \Delta U_C > 0 $,故 $ I = C \frac{\Delta U_C}{\Delta t} > 0 $(假设 $ \Delta t > 0 $)。这表明有正向电流流入电容器的正极板(按常规参考方向),即外部电源对电容器提供电流,电容器处于**充电过程**。
在充电过程中:
- 外电路(如电源)将电能输送给电容器;
- 电荷在两极板上不断积累,极板间电场增强;
- 电能被转化为存储在电场中的能量,即**电场能**;
- 电容器储存的能量表达式为 $ W = \frac{1}{2} C U_C^2 $,可见 $ U_C $ 增大时,储能增加,证实能量正在被吸收并以电场形式储存。
因此:
- 过程性质:充电(非放电)→ 排除选项 C、D;
- 能量流向:从外电路吸收电能 → 转化为电容器内部的电场能 → 选项 A 正确描述为“吸取电能转换为电场能”;
- 选项 B 错误:电场能是储能形式,不可能在充电时被“吸取”并转为电能;相反,它是电能的转化结果;
- 选项 C、D 描述的是放电过程($ U_C $ 减小时),与题设矛盾。
核心知识点总结:
1. 电容器电流与电压变化率的关系:$ i(t) = C \frac{du_C(t)}{dt} $,是电容元件的伏安特性;
2. 充电过程:$ u_C $ 增大,$ i > 0 $(取关联参考方向),电容器从外电路吸收功率 $ p(t) = u_C(t) i(t) > 0 $,电能→电场能;
3. 放电过程:$ u_C $ 减小,$ i < 0 $,电容器释放功率,电场能→电能(供给外电路);
4. 电容器是储能元件,不消耗能量(理想情况下),只进行电能与电场能的可逆转换。
综上,正确答案为 A。
相关知识点:
UC增大时电容器充电储能
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