Question

电容在充电时，电荷究竟是因何移动的？

我之前的理解是这样：假设一个平行板电容器连接一个直流电源（比如电池），A板连正极，B板连负极。刚连接的瞬间，由于A板电势相对正极更低，（可等效看作）正电荷将从电源正极流向A板；B板电势相对负极更高，负电荷从电源负极流向B板。在这个过程中，两极板电荷不断累积，两极板间的电势差随着电荷的累积而升高，直到两极板电势分别与各自连接的电源两级电势相同，导线中不再有电流，充电过程结束。
如果这样理解正确，即说明充电过程仅仅是由于电源和平行板初始电势不同而导致电荷定向移动。那仅仅用一块金属板连接电源某极，其他都不用，该金属板是否也会带电？更进一步说，电源的某极（比如电池的正极）是否会带电荷呢？我觉得应该是没的。比如把电池正极靠在验电器上，应该是不会观察到箔片张开的吧。

Answer 1

首先，这里要分清楚电势和电势差的区别，电势是一个相对量，其参考点可以任意取。就比如，你说的电源正极和负极，是选取同一个零参考点来定义的（一般都是取无限远处为零电势）。电势差是电场中两点之间的电势之差，具有绝对性（即，无论选取何处为零电势，只要电场和两点的相互位置确定了，电势差也就定了）。
其次，电势差是电荷定向移动的原因，而电势不是。
搞清楚了上述两点，我们就可以这样来分析你的问题：电容器的两极板在连接电源的正负极之前，可视为是零电势，在连接电源的瞬间，电源正极（正电势）—电容器（零电势）—电源负极（负电势）形成回路，电荷定向移动，形成充电电流。当电容器极板电荷量达到一定数量时，极板电势与所连电极相同（如你所说，A极板和电源正极电势相同，B极板和电源负极电势相同），电势差为零，电荷移动停止，充电完成。如果电容器只有一块极板与电源相连，则无法形成回路而不会有电荷移动，即，该极板不会带电。
补充说明：电路中电荷定向移动，必须形成通电回路。

追问

为什么说“在连接电源的瞬间，电源正极（正电势）—电容器（零电势）—电源负极（负电势）形成回路，电荷定向移动，形成充电电流。”？电容器两板间不是绝缘的吗？应该没有电荷通过，不能构成一个典型的回路吧？
另外我想知道的是：两极板是在接通电源的瞬间就与电源两极完全等电势从而进一步引起电荷的定向移动，还是随着电荷的积累逐渐出现电势差并最终在充电完成后获得与电源相同的电势差？

追答

电容器是交流元件，不能够简单的以绝缘与否来判断电路是否导通。就比如：
在稳定的直流电路中，电感相当于阻值较小的电阻，而电容相当于断路；
在交流电路中，电容相当与小阻值电阻，而电感相当于断路。
在电容器接电源的瞬间，有一个电压的变化，在这个非常短的时间里，整个电路就相当于一个交流电路了。
充完电之后，极板才与电源两级等电势。

Answer 2

C=εS/4πkd 。其中，ε是一个常数，S为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。
孤立导体与无穷远处构成电容，导体接地等效于接到无穷远处，并与大地连接成整体。
你所说的就是一个孤立导体的电容问题，理论上是带电荷的，无穷远所以电容接近于0，所以金属板带电量Q=UC也接近于0

追问

那无论连接电源一极还是两极，是否一旦接通就即刻让金属板与所连接的电源的某极等电势了呢？如果连接两极，是否是因为这个立即获得的完全等同于电源的电势差导致导线中的电荷移动？

追答

没有，充电完成之后，金属板与电源的电势才相等。
连接两极，充满电之后，电容两块板之间产生一个跟电源大小相等，方向相反的电压，从而是电流为0.

追问

那为什么仅仅用A板与正极相连，撤去B板，在正极与A板间就无法形成充电电流呢？A板在未连接前是否看做零电势？这样的话连接之后岂不是低于正极的电势而能在正极与它之间建立电场驱动电荷定向移动了？

追答

上面说了啊，仅与A相连的话，电容相当于无穷小，充电电流也就无穷小了，不是没有。
A板未连接前可以看做零电势。
是的。

Answer 3

电荷只有在电场的作用下才会发生定向移动。电池正极只是相对自己的负极电势高而已，金属板一旦与之接触，即刻变为等势体，所以电荷根本不会定向移动。同样，验电器的箔片也不会张开。

追问

那么对于平行板电容器来说，两块极板分别与电源两极相连，两极板的电势即可与电源两极相等，为什么仍然会出现充电电流？即正极与连接正极的A板等电势，负极与连接负极的B板等电势，为什么在连接正极与A板的导线和连接负极与B板的导线中出现电流？

追答

两块平行板之间存在了电场，所以有了电流。

追问

平行板之间的电场为什么会引起导线中的电流？这个电场是在接通瞬间就产生的吗？

追答

是接通瞬间产生的。电荷在电场的作用下，定向移动形成了电流，逐渐聚集到极板表面，却跑不过去。当集到足够多时，两块极板上的电荷产生的电压与电池的电压相等时，电荷就不移动了，导线中也就没电流了。

Answer 4

电池的正负极之间才有电压，一个电极是没有电压的。

追问

那比如正极与A板相连，是不是连通的瞬间A板就与电源正极等电势了？如果这样为什么正极与A板间仍有充电电流通过？
如果不是这样，那是不是接通瞬间A板仍视为零电势，产生与电源正极间的电势差，引起电荷的定向移动，然后A板与正极间电势差逐渐缩小，最终无电势差，电荷停止移动？

追答

你要搞清电势和电势差，A板跟正极相连A板是跟正极等电势，而B板没有跟负极相连，所以AB板间电势差即电压为零，且没有构成闭合回路，所以没有电流。

追问

比如我们选取无穷远处为零电势，选取一节普通1.5V电池为电源。
1、在电容两极板未连接电池前，两极板是否均可看做零电势？
2、若可以，仅仅将A板与电池正极相连（B板不连接负极），连接的瞬间因为电池正极的电势相对A板即等效于相对无穷远处具有1.5V，高于A板，所以将在正极与A板间形成电场，驱动其中的电荷定向移动。这样描述是否正确？

麻烦您了。

追答

连接在一起的金属电势相等，你也可以定义其电势为零，那么负极就是-1.5V,总之两板间电压为零.