电容和电感是怎样储能的

电容、电感是如何储能的？

这个问题是很多电子初学者都想知道的原理。其中，由于电感的储能方式现在依旧存在很多的争论，所以本文中的观点纯属于个人对电感的理解。

在讲解电感的储能方式之前，先看看电容是如何储能的。在项目二的视频中可以了解到，电容储存的能量时电压，而在能量的角度上，我们可以把电压称之为“电场”。故，电容是一个储存电场的物质。

电场是什么？

电场什么？它是如何产生的？电场是“电荷”及“变化磁场”周围空间里存在的一种特殊物质。在电容储存的电场，主要就是“正负两极板之前的电荷所产生的电场”。

电容是如何储存电场的？

当电容没有储存有电压时，电容两极板之间的电荷是处于一个平衡态；如图1所示：

图1

而当电容储存有电压时，其两极板之间的电荷便不再是一个平衡态，如图2所示。这说明，电容上存在电场是因为电容两极板上的电荷不守恒导致的。

图2

现在假设有一个容量无穷大的电容，其上面存在着＋5V的电压，当将其与一个10uF的电容并联时，10uF的电容上也会储存有＋5V的电压。如图3所示：

图3

从图3可以知道，电容在储存电场的过程，实际上是电源上的电荷破坏了电容上自身的电荷平衡导致的。而当电容的电荷平衡被破坏时，电容上即存在了电场，这时我们就称电容上储存有了电压。

从以上内容可总结：电容储存的是电场，而电场是因为电容上的电荷平衡被“电压源”打破而导致的。这就是电容储存电压的基本原因。

而当电容在放电时，该过程其实就是正负两极板之前进行了电子转换，使两极板之间再次达到电荷平衡的过程，这就是电容放电的基本原理。详细的内容将在视频中讲解。

电感的储能方式

这时，若将电感与电容进行类比，很多人可能会立刻想到：电感在没有储存有能量时，应该也是存在着某种物质的平衡。作者本人当时在想这个问题时产生了一个概念，即：“磁荷平衡”。

但是很遗憾，其实人类现在也还没证明磁荷的存在。但是电感在平衡状态时，确实是存在“某种磁场物质”平衡的。这个物质叫做“磁畴”。

对于磁畴的概念，在这里不进行详细的描述。但是其与电容的储能方式是类似的。只不过“磁畴”是在磁场世界中的物质，其对应着电场中的电荷。

大家在没有对“磁畴”进行深度了解时，可以简单地把磁畴理解成“磁介质中存在的无数个随机排布的小磁铁”，这一堆小磁铁在没有磁场的环境中，会相互抵消各自的磁场并处于一个平衡态，使“磁介质”对外不表现磁性，如图4所示：

图4

由此可以知道，当没有电感流过电流时，电感中的磁芯内部的“磁畴”也是处于平衡态的。这与“没有存有电压的电容，其两极板之间的电荷处于平态衡”是一样的。

图5 平衡态的磁畴分布

而当电感上流过电流时，由于电流会存在磁场，当电流的磁场经过磁芯时，电流磁场会打破“磁畴”的平衡状态，使“磁畴”同时趋向于外部磁场的方向。进而导致磁芯此时会对外表现出磁场。而这个磁芯磁场从无—＞有的过程，其实就是电感储存磁场的过程。

图6 存有磁场的磁畴分布

从图6可以看到，电感的磁芯由于电流磁场的原因，而导致内部的磁畴分布失衡。当磁畴分布失衡时，磁芯就会对外表现出磁场。这时我们就称电感存有能量了。其与“电容存有电压时，两极间的电荷不守恒”的情况类似。

而当外部的电源去掉时，电感上的磁畴就会恢复原来的平衡状态。此时磁芯上的磁场就会慢慢变小，由于变化的磁场会产生电场，这个电场就是电感续流的原因。这个过程与电容放电的过程是类似的。