【导读】 构建可转向电磁炮的电容充电电路，并进行充电过程测试，掌握充电过程的实际操作与理论意义
【关键词】 电磁炮 电容充放电电路 时间常数
上期指导小朋友制作可转向的电磁炮如图1所示，大家都很关注，下面先看看发射效果吧，如图2所示。完整视频，大家可以浏览 https://haokan.baidu.com/v?vid=4356150214100912766 ，欢迎点赞收藏即评论哦
电容器，顾名思义就是作为电的容器，因此会在与电相关的产品中得到广泛应用，例如发电机，抽水泵等等。就是在日常生活中也得到广泛应用，像我们，像我们常见的手电筒，刮胡刀，电风扇，电动车等等。所以熟练掌握电容器的基本内容是十分必要的。此外，大家后续学习和制作中都会用到电容。
所以我们系统讨论。首先构建电容器安全操作的理念。在一些情况，例如电路维修，电容更换，性能测试等等都需要对电容进行放电操作，以确保安全性和准确性。否则会产生爆炸等意外事故。电容器放电是一个专业性的操作，我们这里是对小电量的电容器放电，可以让两个引脚短接。再一次强调，我们这里是对小电量的电容器放电，可以让两个引脚短接，如图3所示。至于大电量的电容器，一般为法拉级别的电容，放电时应串联电阻，尤其是功率电阻。此外，大家在使用电容时，应养成先用万用表测量的习惯，看被操作电容是否已经带电，如图4所示。
我们针对的是小朋友的电磁炮制作，因此选择电容只有16V，实际充电的时候只是9 V，这样保证了绝对的安全，如图5所示。
那么怎样完成电容器充电过程的时间判断呢？对于这个小电容，一般来说，微时间大于几秒钟就可以完成充电了，但是相关的理论操作大家应该完全明白，所以我们通过面包板来进行构建演示。
通过面包板构建电容的测试搭建及电路图分别如图6和7所示，用万用表测试电压数值，用手机记录时间得到电压和时间的关系，测试所得到的曲线如图8所示。
通过测试可以发现，在电容充电的开启阶段，电容上电容电压上升速度很快，随后逐渐变得缓慢。其原理为，电容充电的最初过程，由于电容与外界充电电压的电压相差大，所以充电的速度快，随着充电进行，二者电压差值逐渐变小，所以充电速度变得缓慢。其实电容充电是一个典型的过程，可以用典型方程来描述，如图9所示。可以看到我们所测试的结果与电容充放电方程曲线基本一致。只是由于一方面要迅速的控制手机的秒表，另一方面要迅速的断开外接电路以保证充电电容数值不再变化，所以操作有一定误差。从公式中可以看到，有个典型常数，就是电容时间常数，即等于R*C。我们的时间常数为t=200*0.01=2 s，它的含义是指若在充电过程中，充电过程已经变化了总变量的63%所经过的时间t。 这与我们测试结果基本一致，如图8所示，我们会发现当充电时间达到三到五倍的充电时间常数的时候，其充电量完成在95%-99%以上，所以一般也就认为是充电时间完成了。所以对于大电容的充电操作，就是由充电时间常数来判断。
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