Как протекает ток в цепи с конденсатором?

Так как это физика q и a, объяснение физики в порядке.

Есть два вида тока.

Ток проводимости представляет собой чистый поток зарядов. Именно об этом люди обычно думают, когда используют слово «текущий».

Ток смещения - еще одна форма тока, впервые обнаруженная Максвеллом. Ток смещения играет существенную роль в уравнениях Максвелла. Плотность тока смещения пропорциональна производной по времени от изменения плотности электрического потока.

Когда электронный ток течет на одну сторону конденсатора, электроны накапливаются, так как им некуда деваться. По мере накопления электронов плотность электрического потока изменяется. Это вызывает или, возможно, «является» током смещения.

На противоположной пластине конденсатора происходит аналогичный процесс, но с противоположной электрической полярностью.

Ток смещения течет от одной пластины к другой через диэлектрик всякий раз, когда ток течет в пластины конденсатора или выходит из них, и имеет точно такую ​​​​же величину, что и ток, протекающий через клеммы конденсатора.

Можно предположить, что этот ток смещения не имеет никаких реальных эффектов, кроме «сохранения» тока. Однако ток смещения создает магнитные поля так же, как и ток проводимости.

Этот ответ, возможно, больше, чем хотелось бы знать, но это часть истории электричества, которую стоит рассказать.

как возможно, что ток течет в цепи с конденсатором, так как по закону Ома ток обратно пропорционален сопротивлению, а изолятор по определению имеет большое сопротивление, поэтому мы имеем в основном разомкнутую цепь?

Короткий ответ заключается в том, что электроны могут течь к конденсатору и от него без необходимости прохождения электронов через изоляцию между пластинами. Предлагается следующее качественное объяснение:

Если предположить, что конденсатор изначально не заряжен, то перед его подключением к батарее каждая металлическая пластина имеет равное количество протонов (положительный заряд) и высокоподвижных электронов (отрицательный заряд), так что каждая пластина электрически нейтральна и на ней нет напряжения ( разность потенциалов) между пластинами.

Когда конденсатор подключен к батарее, положительная клемма батареи притягивает электроны от пластины, соединенной с ним, перемещая их к положительной клемме батареи. Это оставляет дефицит электронов на этой пластине, что делает ее положительно заряженной.

В то же время отрицательный полюс батареи подает равное количество электронов на пластину, соединенную с ней, что дает избыток электронов, делая пластину отрицательно заряженной.

Это перемещение электронов с одной пластины на положительную клемму батареи и с отрицательной клеммы батареи на другую пластину представляет собой ток конденсатора. Обратите внимание, что электроны не проходят через изоляционный материал (диэлектрик) между пластинами.

Вы можете представить это примерно как электроны, «выталкиваемые» с одной пластины и «выталкиваемые» на другую силой электрического поля, создаваемого батареей, но заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти мимо изолирующего диэлектрика.

В конце концов, как вы, кажется, уже знаете, батарея перестает перемещать электроны между пластинами, когда разность потенциалов между пластинами становится равной разности потенциалов батареи.

Надеюсь это поможет.

Удаление электронов с пластины конденсатора, подключенной к плюсовой клемме, представляет собой ток. Поскольку эти электроны удаляются для этой пластины, происходит накопление электронов на другой пластине. Это движение электронов составляет ток.

Ток прекращается, когда потенциалы обкладок конденсатора сравняются с потенциалами соответствующих клемм батареи. Это не происходит мгновенно, а скорее зависит от времени, потому что транспорт электронов из конденсатора и в него требует времени, а потенциалы зависят от дисбаланса заряда пластин.

Наличие плоского конденсатора означает, что в части цепи (лишь небольшой части; конденсаторы редко имеют зазор в один миллиметр) не происходит движения электронов, а только нарастание поля (сопровождаемое электронами, если конденсатор не вакуумного типа). Это проблематично, потому что есть простой способ обнаружения тока, заключающийся в наблюдении за магнитным полем, которое создает ток, а в ЧАСТИ цепи больше нет тока.

Дело в том, что «поправки» к магнитному полю не существует. В соответствующем уравнении Максвелла для тока, создающего магнетизм, к текущему току смещения добавлен член , который представляет собой скорость изменения электрического поля (например, поля внутри диэлектрика конденсатора). Это дополнение к уравнению не просто необходимо для цепей, оно имеет дополнительный побочный эффект, заключающийся в том, что изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле даже при отсутствии движущихся заряженных частиц.

Этот член уравнения объясняет, почему электромагнитные волны (свет) распространяются в вакууме. И почему зарядка конденсатора (в наших измерениях) неотличима от непрерывного протекания тока в цепи.

Буквально мы можем видеть, как светит солнце, потому что разрыв конденсатора в цепи неотличим от непрерывного тока в цепи.

Конденсатор действительно блокирует постоянный ток (DC). Однако значительный переменный ток (AC) может протекать, когда период колебаний меньше времени зарядки конденсатора.

Накачивание электронов в одну пластину конденсатора приводит к тому, что свободные электроны на другой пластине отталкиваются, когда они «видят» входящие другие электроны. тарелка. Для больших тарелок этот короткий импульс длинный, а для маленьких тарелок короткий импульс.

Это означает, что короткие импульсы переменного тока могут легко проходить через конденсатор, в то время как установившийся постоянный ток полностью блокируется.

Емкость (конденсатор) может первоначально заряжаться во время кратковременного накопления заряда на конденсаторе при замыкании цепи. Обычно:

$𝑡 = 𝑅.𝐶$

С:

$R$: Сопротивление цепи.

$C$: значение емкости.

По сути, это и есть механизм способности емкости пропускать переменную во времени составляющую сигнала (ток, вызванный изменением заряда на стенках емкости), блокируя при этом постоянную ее составляющую. .