电容器充放电的能量变化规律

电容器充电时，电源做功将电能储存在电场中。电容器两极板间电压从零逐渐升高，储存能量按E=½CU²增加。充电初期电流大，电压上升快；随着电压升高，电流减小，电压上升变慢。电容器完全充电后，断开电源，能量保持不变。一个100微法电容器充电到10伏特，储存能量为0.005焦耳。电容器放电时，储存的电能通过电路释放，电压从最大值逐渐降为零，电流方向与充电时相反。

电容器充放电过程遵循能量守恒定律。充电时电源提供的部分能量转化为电场能，部分以热能形式消耗在电阻中。放电时，储存的电场能通过电阻转化为热能。电容器充放电时间常数τ=RC决定充放电速度。1千欧电阻与100微法电容组成的电路，时间常数为0.1秒，意味着电容在0.5秒内完成约99%的充放电过程。电容器的储能密度比电池低，但充放电速度快，适合需要快速释放能量的应用场景。