Конденсатор в разомкнутой цепи заряжен?

Скажем, у меня есть цепь, состоящая из батареи, провода, открытого выключателя и конденсатора. Цепь разомкнута, так как переключатель разомкнут.

В моей книге написано, что конденсатор будет заряжаться только тогда, когда переключатель замкнут, но я не понимаю, почему это так. Я бы ожидал, что конденсатор будет немного заряжен - не так сильно, как если бы цепь была замкнута, но тем не менее заряжен.

Чтобы еще больше проиллюстрировать мою точку зрения, рассмотрим следующее: если цепь разомкнута, ток должен быть равен нулю. Следовательно, поле должно быть равно нулю. Чтобы поле было равно нулю, поле конденсатора должно компенсировать поле батареи. Поэтому конденсатор должен быть заряжен.

Обобщая эту концепцию, разве конденсаторы не должны заряжаться (в меньшей степени) в разомкнутых цепях?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Другими словами, если поле равно нулю, конденсатор должен быть заряжен, чтобы компенсировать поле батареи.

Обобщая для разомкнутой цепи, я думаю, что конденсатор м а у быть заряженным. Он может быть разряжен, полностью заряжен или где-то посередине. В некотором смысле это зависит от того, что происходило прямо перед тем, как цепь разомкнулась.
@Jedediyah Почему бы ему, конечно , не заряжаться, поскольку переключатель можно считать еще одним последовательным конденсатором?
О, теперь я вижу, вы имеете в виду, что цепь разомкнута, потому что «внутри» конденсаторов есть разрыв. Технически это не считается разомкнутой цепью, поскольку этот разрыв является частью компонента в цепи. Таким образом, ваш пример представляет собой замкнутую цепь, которая определенно будет заряжать конденсаторы.
@dfg Предпосылка вашего вопроса предполагает, что даже при разомкнутой цепи существует электрическое поле батареи, что неверно. В проводнике без тока (электростатическое равновесие) не может существовать никаких электрических полей и, следовательно, нет поля, которое необходимо нейтрализовать конденсатором. Поле за счет бэттера устанавливается только при замкнутой цепи. Если вы хотите больше подробностей, дайте мне знать.
@SatwikPasani Я понимаю, что чистое электрическое поле в проводе должно быть равно нулю. Однако я не понимаю, почему поле, создаваемое батареей, равно нулю. (Заряженные) клеммы будут создавать поле независимо от того, замкнута цепь или разомкнута. Представьте себе две параллельно заряженные пластины, представляющие терминалы — они создают поле вне зависимости от того, что их окружает. Итак, вам нужно что -то, чтобы аннулировать поле, верно?
@dfg Поле, создаваемое батареей в разомкнутой цепи, незначительно и примерно равно дипольному полю. Если мы рассмотрим это поле, то все металлические объекты поблизости будут иметь некоторую результирующую плотность заряда, чтобы поле внутри исчезло. Но эта плотность заряда слишком мала, чтобы считаться заряженной . Кроме того, в атмосфере обычно присутствует множество блуждающих электрических полей, которые легко преодолевают это слабое поле. Только в замкнутом контуре поле батареи достаточно сильное, чтобы создавать большие плотности заряда ( заряженные ). Малые плотности Заряда строятся при наличии любого поля.
@SatwikPasani Но сила поля батареи не зависит от того, замкнута ли цепь. И если поле равно нулю, когда цепь разомкнута, вам понадобится другое поле, чтобы нейтрализовать его, что должно быть внесено конденсатором.

Ответы (5)

Конденсатор действительно будет немного заряжен, но заряд будет настолько мал, что мы можем с таким же успехом назвать его незаряженным . И вот почему: размыкатель — это еще один конденсатор (два проводящих вывода, хотя и не совсем в форме пластин, разделенных диэлектриком). Однако его емкость чрезвычайно мала: сечение выводов будет порядка м м 2 а не несколько с м 2 (для электролитического конденсатора) диэлектрик (воздух) имеет значительно меньшую ε , а расстояние между выводами порядка миллиметра, а не микрона. Переключатель включен последовательно с (собственным) конденсатором, поэтому их емкости складываются обратно (т. е. 1 / С "=" 1 / С С а п + 1 / С С ж я т с час ≈ 1 / С С ж я т с час , так как значение эффективной емкости будет ниже, чем нижнее значение в расчете, и будет очень мало). Поскольку общий заряд на комбинации конденсатор-переключатель равен Вопрос "=" U С , она будет очень низкой. Это включает в себя часть заряда, которая идет на переключатель, поэтому заряд соответствующего конденсатора будет еще ниже.

Этот ответ имеет большой смысл. Я понимаю, что у переключателя очень низкая емкость, но действительно ли она настолько мала, что зарядом конденсатора можно пренебречь? Конечно, это не такой хороший конденсатор, как настоящий конденсатор, но емкость должна быть невероятно низкой, чтобы можно было пренебречь зарядом в конденсаторе.
И еще, что делать, если провод от клеммы отсоединен? Тогда «открытый переключатель» не может считаться конденсатором, не так ли? Потому что у вас нет двух проводящих клемм, разделенных диэлектриком. У вас есть только 1 проводящая клемма (конец провода) и батарея.
1: пластинчатый конденсатор с 1 м м 2 пластины на расстоянии 1 мм (разделенные воздухом) имеет емкость чуть ниже 0,01 пФ. Наименьшие конденсаторы, обычно встречающиеся в дискретных схемах, больше примерно в 100 раз, но даже что-то в диапазоне нФ на самом деле не является большим конденсатором. Итак, да, емкость переключателя очень низкая. 2: Если провод отключен, это создает третий конденсатор. Он, вероятно, будет иметь еще меньшую емкость, потому что расстояние между проводом и клеммой батареи будет намного больше, чем в переключателе, где механика хорошо контролируется.
"заряд правильного конденсатора будет еще ниже"? Разве заряды не будут равными, поскольку ОП говорил о последовательном соединении?

Вы правы в принципе, но принимая во внимание поле батареи; вы рассматриваете что-то, что в вашей книге считается незначительным. В задачах реального мира всегда стараются игнорировать эффекты, которыми можно пренебречь, решать проблемы с разумным уровнем точности и выделять принципы.

Если ваша книга начнет говорить обо всех этих эффектах, то в ней также придется написать, что схема находится в экранированной клетке, на которую не могут влиять никакие внешние поля.

Извините, я не понимаю, почему это незначительно. Заряд на конденсаторе должен быть значительным, чтобы поле компенсировалось.

Конденсатор в разомкнутой цепи м а у быть заряженным:

Он мог быть полностью разряжен, а может быть, выключатель был разомкнут, когда конденсатор был полностью заряжен. Также известно, что конденсаторы текут. То есть они со временем теряют свой заряд.

Это скорее аргумент о семантике вашей книги, но в основном я с вами согласен. В вашем примере (если я правильно понимаю) цепь не разомкнута из-за расстояний между конденсаторами. Это замкнутая цепь, и на самом деле она определенно (как вы указываете) заряжает конденсаторы. Если вы говорите о такой схеме, как:

----| |--- | |---
| |
| |
| |
----(-+)--МММ----

Тогда это замкнутая цепь, которая будет заряжать конденсаторы. (извините за схему ascii, -| |- это конденсаторы, MMM это резистор, а (-+) это источник напряжения).

Извините, я до сих пор не понимаю, почему он не всегда будет заряжаться. Почему разомкнутая цепь не может рассматриваться как 2 последовательных конденсатора?
Спасибо, но я не говорю о двух последовательно соединенных конденсаторах, я говорю об открытом выключателе и конденсаторе, который можно рассматривать как два последовательно соединенных конденсатора.
@dfg Моя красивая схема ascii проясняет ситуацию? Цепь, которую вы описываете, на самом деле замкнута.
Значит, цепь с разомкнутым выключателем замкнута? Разве это не противоречиво?
Хммм, я должен просто не понять вашего примера. В частности, где выключатель?
У меня есть схема с разомкнутым выключателем и конденсатором. Я спрашиваю, будет ли конденсатор заряжаться в этой цепи. В моей книге говорится, что этого не будет, но я утверждаю, что это произойдет , потому что разомкнутый переключатель и конденсатор аналогичны двум последовательно включенным конденсаторам. Это проясняет ситуацию?
Если вы все еще говорите о конденсаторе как об открытом выключателе, то это путаница. Конденсатор НЕ является открытым переключателем. Что касается открытого переключателя из вашего учебника, то мой ответ таков: вы не узнаете, заряжен ли конденсатор, если не измерите напряжение на нем.
Последнее, о чем я могу думать, что вы пытаетесь сказать, это то, что при полной зарядке конденсатор может действовать как переключатель в том смысле, что если он включен последовательно в цепь, ток приближается к нулю, когда конденсатор заряжается. Тем не менее, это все еще ЗАМКНУТАЯ цепь.
Возможно, это прояснит, что я имею в виду. Скажем, у меня есть цепь, состоящая из батареи, провода, открытого выключателя и конденсатора. Если я перетащу заряд с положительной клеммы на отрицательную, он должен получить потенциальную энергию, верно? Следовательно, должно быть падение напряжения между отрицательной и положительной клеммами. Поскольку напряжение в проводе равно нулю, падение напряжения должно происходить на конденсаторе и разомкнутом переключателе. А так как на конденсаторе есть падение напряжения, то его необходимо зарядить. Это проясняет, что я имею в виду?
Вы не можете просто назвать компоненты, вы должны определить, как они расположены. Я думаю, что согласен с тем, что вы предлагаете в этом л а с т post, но он отличается от вашего исходного вопроса и отличается от предыдущих примеров.

Ваш аргумент таков: если цепь разомкнута, ток должен быть равен нулю. Следовательно, поле должно быть равно нулю. Чтобы поле было равно нулю, поле конденсатора должно компенсировать поле батареи. Поэтому конденсатор должен быть заряжен.

Замените конденсатор сопротивлением. Точно так же, следуя вашим рассуждениям, должно быть падение напряжения на резисторе, выравнивающем поле батарей. Для этого должен течь ток. В разомкнутой цепи. Это не так.

Поэтому ваш аргумент, изложенный выше, неверен. В разомкнутой цепи батарея не создает электрического поля.

Можно было бы придираться и сказать, что схема с конденсатором никогда не замыкается, но мы должны как-то смоделировать ее и жить с ограничениями модели.

Извините, я не слежу. В случае резистора поле, создаваемое падением напряжения на переключателе, компенсирует поле батареи. Переключатель по существу будет действовать как конденсатор.
Точно. То же самое происходит с конденсатором

Вот особенность конденсаторов, которая, вероятно, могла бы заставить вас поверить, вопреки совету из вашего (не упомянутого) учебника, что незаряженный конденсатор, только одна ножка которого подключена к источнику тока, может получить заряд, хотя, как вы допускаете, небольшой один.

Этот ответ занимает небольшое количество шагов и начинается с википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_induction .

В Википедии пролистайте до рубрики Индукция в диэлектрических объектах . Это не обязательно означает диэлектрики в конденсаторе, но в данном случае номенклатура точна.

Проще говоря, заряд на диэлектрике будет искажать расположение электронных орбит вокруг ядер атомов в диэлектрике. Когда заряд проводников с каждой стороны диэлектрика снимается, орбиты электронов в атомах диэлектрика возвращаются к норме. Но не сразу.

Учебная школа радиосвязи Новой Зеландии при правительстве Новой Зеландии ( Веллингтон, Новая Зеландия, лектор Грант, штат Иллинойс, 1964 г.) ввела это атомное искажение в конденсаторы, которые медленно возвращаются в нормальное состояние при снятии постоянного заряда, под термином диэлектрический гистерезис (из моих конспектов лекций). Нам, студентам, было приказано закоротить клеммы конденсатора на любом выведенном из эксплуатации конденсаторе, который был под высоким постоянным напряжением, и оставить короткое замыкание на месте до тех пор, пока конденсатор не будет переустановлен.

Теперь вам. Вы случайно построили практическую схему, как описано, для экспериментов, прежде чем задать свой вопрос, или вы гипотетически относитесь к возможности «одного вывода» для зарядки конденсатора из-за какой-то, казалось бы, аномальной особенности, которая у вас может быть? наблюдается в тестируемом устройстве, особенно в цепи высокого напряжения, и при определенных условиях испытаний?

Вот мои случайно полученные эмпирические данные, чтобы вы знали, откуда я взялся: я удалил промасленный бумажный конденсатор емкостью 4 мкФ, который работал при напряжении 5000 В постоянного тока, из лампового передатчика. Оставил клеммы закороченными на 2-3 недели. Сняли шорт на последующие 2 недели. Я подумал, что должен заменить короткое замыкание, прежде чем физически перемещать очень большой и очень тяжелый конденсатор в другое место, и со вспышкой и хлопком конденсатор продемонстрировал, что диэлектрический гистерезис восстановил примерно 5-10 процентов заряда после нескольких недель короткого замыкания.

Подлинный значительный заряд конденсатора, к клеммам которого в течение нескольких недель не было «ничего» подключено.

Надеюсь, этот ответ может объяснить возможность того, как вы могли разработать свою гипотезу, которая опровергает учебник?

Конденсатор в разомкнутой цепи заряжен?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 3v