电容器以电荷形式在导电极板上储存能量。电容器储存的电荷量(Q)与极板间电压成正比。因此

  当电容器接入直流电源时，它将按时间常数确定的速率充电至外加电压值。只要电源持续存在，电容器将无限期保持这种电荷状态。

  充电过程中，充电电流i会流入电容器，其大小与极板电荷变化率相等，即与电压变化速率相抗衡。因此电容器对流向极板的电流存在阻碍作用。

  充电电流与电容器电源电压变化速率的关系可用公式表示为：i = C(dv/dt)，其中C为电容值（单位法拉），dv/dt是电源电压随时间的变化率。当电容器充满电后，由于极板电子饱和，将阻止更多电子流入，此时电容器如同临时储能装置。

  理想电容器即使断开直流电源，也能无限期保持极板电荷。但在含交流电容的正弦电压电路中，电容器会按电源频率交替充放电。因此交流电路中的电容器始终处于循环充放电状态。

  当正弦交流电压施加于电容器极板时，电容器先沿一个方向充电，再随交流电压极性变化反向充电。电压瞬时变化会受到电荷沉积（或释放）需要一些时间的制约，遵循V = Q/C关系。观察以下电路：

  当开关闭合瞬间(t=0)，由于极板无电荷，大电流开始涌入电容器。正弦电源电压V在0°时刻以最大速率正向增长通过零参考轴。此时极板间电位差变化率最大，流向电容器的电流也达到峰值，电子以最大速率在极板间迁移。

  当电源电压到达波形90°点时，变化速率开始减缓。在极短暂的瞬间，极板间电位差既不增也不减，电流随之降为零。

  在90°时刻，电容器两端电位差达到最大值(Vmax)。由于电容器已充满且极板电子饱和，电流停止流动。

  随后电源电压开始沿负向递减，向180°零参考线回落。虽然电源电压仍为正值，但电容器开始释放极板多余电子以维持恒定电压，导致电容电流反向（负向）流动。

  当电源电压在180°点穿越零参考轴时，正弦电压的变化率（斜率）达到负向最大值，此时流入电容器的电流也相应达到最大速率。此时极板间电位差为零，电荷均匀分布在两极板间。

  由此可见，在0°至180°的第一半周期内，施加电压达到正最大值的时间比电流峰值滞后四分之一周期(1/4ƒ)。换言之，纯电容电路中电压滞后电流四分之一周期（90°），如下图所示：

  在180°至360°的第二半周期，电源电压反向运动并向270°负峰值趋近。在此极值点，极板间电位差既不增也不减，电流再次降为零。电容器两端电位差达到负向最大值，无电流流入，电容器如同90°时刻那样完全充满，只是极性相反。

  当负向电源电压开始沿正向增长，向360°零参考线回升时，已充满的电容器必须释放多余电子以维持恒定电压，开始放电直至360°时电压归零，随后充放电过程周而复始。

  通过上述电压电流波形分析可见：由于充放电过程，电流始终比电压领先1/4周期（π/2=90°），与电容器两端电位差存在相位差。因此交流电容电路中电压与电流的相位关系，与我们先前讨论的交流电感电路完全相反。

  这种效应也可用相量图表示：纯电容电路中电压滞后电流90°。若以电压为参考，则可表述为电流超前电压四分之一周期（90°），如下矢量图所示：

  记忆纯交流电容电路中电压电流相位关系有多种方法，其中最简单易记的是使用ICE助记符。

  ICE表示在交流电容中，电流I（Current）始终领先电动势E（Electromotive force）。换句话说，电容器中电流先于电压，I、C、E组合即为ICE。无论电压初始相位角如何，这个表达式对纯交流电容电路始终成立。

  现在我们已了解：电容器通过极板电子流动来抵抗电压变化，其充放电过程中电子流动量与极板间电压变化率成正比。与电阻器通过实际电阻阻碍电流不同，电容器对电流的阻碍作用称为电抗。

  与电阻类似，电抗以欧姆为单位，但用符号X表示以区别于纯电阻R值。由于讨论的元件是电容器，其电抗称为容抗(XC)，单位欧姆。

  由于电容器充放电量与极板间电压变化率成正比，电压变化越快，电流越大；电压变化越慢，电流越小。这在某种程度上预示着交流电容器的电抗与电源频率成反比，如下所示：

  其中：XC为容抗（单位欧姆），ƒ为频率（单位赫兹），C为交流电容值（单位法拉，符号F）。

  从上述公式可见：随频率升高，容抗值及其总阻抗（单位欧姆）趋近于零，表现为短路状态；而当频率趋近于零（直流）时，电容器电抗趋近无穷大，表现为开路状态，这正是电容器阻隔直流的原因。

  容抗与频率的关系与我们之前讨论的感抗(XL)完全相反。这在某种程度上预示着容抗与频率成反比：低频时呈现高值，高频时呈现低值，如图所示：

  电容器容抗随极板间频率升高而降低。因此容抗与频率成反比。虽然容抗阻碍电流流动，但极板上的静电电荷量（即交流电容值）保持恒定。

  这意味着在每半周期内，电容器能更充分地吸收极板电荷变化。同时随频率增加，由于极板间电压变化率增大，流入电容器的电流值也随之增加。

  其中：IC = V/(1/ωC)（或IC = V/XC）为电流幅值，θ = +90°表示电压与电流之间的相位差。对于纯电容电路，Ic超前Vc 90°，或者说Vc滞后Ic 90°。

  前文已说明，纯交流电容中的电流会超前电压90°。但在实际应用中，不存在绝对的纯电容，因为所有电容器极板都存在一定内阻，由此产生漏电流。因此，我们大家可以将电容器视为一个电阻R与电容C串联组成的非理想电容。

  当电容器存在内阻时，其总阻抗应表示为电阻与电容的串联组合。在同时包含电容C和电阻R的交流电路中，组合两端的电压相量V等于两个分量电压VR和VC的相量和。这在某种程度上预示着流入电容器的电流仍会超前电压，但超前角度小于90°，具体取决于R和C的值，其相位差用希腊字母Φ表示。

  虽然能够最终靠数学计算求得这两个分量的合成电压，但由于VR和VC存在90°相位差，更直观的方法是构建矢量图进行矢量相加。

  要绘制交流电容的矢量图，需要选定参考量。在串联交流电路中，电流是公共量，因此可作为参考基准。纯电阻和纯电容的独立矢量图如下：

  交流电阻的电压矢量与电流矢量同相，因此VR矢量按比例与电流矢量重合绘制。而在纯交流电容电路中，我们大家都知道电流超前电压（遵循ICE法则），因此VC矢量按相同比例绘制在电流矢量后方90°处（即滞后90°）。

  由于纯电容中电流超前电压90°，由VR和VC压降绘制的合成相量图构成直角三角形OAD。我们可运用勾股定理计算RC电路的总电压值。已知VR = I·R，VC = I·XC，则外加电压为两者的矢量和：

  阻抗Z（单位：欧姆Ω）是交流电路中电阻（实部）和电抗（虚部）对电流的总阻碍作用。纯电阻阻抗的相位角为0°，而纯电容阻抗的相位角为-90°。

  当电阻和电容连接在同一电路中时，总阻抗的相位角将介于0°到-90°之间，具体取决于元件参数值。通过阻抗三角形可以求解上述简单RC电路的阻抗：

  已知单相正弦交流电源电压为：V(t) = 240 sin(314t – 20°) ，连接至200μF的纯交流电容。试求流入电容器的电流值，并绘制相应相量图。

  电容器两端的峰值电压等于电源电压。将该时域值转换为极坐标形式：VC = 240∠-20° (V)。容抗计算公式为：XC = 1/(ω·200μF)。根据欧姆定律，流入电容器的最大瞬时电流为：

  某电容器内阻10Ω、容值100μF，接入电源电压V(t) = 100 sin(314t)。试计算流入电容器的峰值瞬时电流，并构建显示各电压分量的电压三角形。

  1. 纯交流电容电路中，电压与电流存在90°相位差，电流超前电压（ICE记忆法则）

  2. 电容的交流电阻特性称为阻抗(Z)，与频率相关；其电抗特性称为容抗(XC)