Конденсаторы последовательно?

Ваш разрыв слишком велик. Сделайте его очень, очень очень узким. И свернут в цилиндр. Как настоящий конденсатор.

Да, +q может быть меньше -q, но только если эффекты притяжения/отталкивания электронов в соединительных проводах будут почти такими же большими, как притяжение/отталкивание между пластинами конденсатора. (В этом случае пластины не были бы почти идеальным электрическим экраном для полей, создаваемых проводами.) Но с реальными конденсаторами этого не происходит, и вместо этого поле между пластинами совершенно огромно по сравнению с крошечные поля, создаваемые электронами в проводах. Если +q отличается от -q всего на миллионную долю процента, мы его игнорируем. См. Конденсатор инженера и конденсатор физика , разделенный металлический шар и два отдельных шара.

Для конденсаторов, используемых в схемах, если мы сбросим некоторый заряд на один вывод конденсатора, ровно половина его, по-видимому, переместится на другой вывод. Странный. Но «физические конденсаторы» с маленькими пластинами с большим расстоянием между ними отличаются, и лишний электрон на проводе сделает +q не равным -q.

Подробно: если емкость между пластинами составляет 10 000 пФ, а емкость относительно земли каждого провода и пластины составляет 0,01 пФ, то заряды противоположной пластины будут игнорировать любые маленькие +q и/или -q на соединительных проводах. Притяжение/отталкивание электронов в проводах существенно не изменяет огромные +q и -q на внутренней стороне пластин конденсатора.

Инженеры используют компоненты из реального мира: широкие пластины конденсатора с очень узкими зазорами; зазоры толщиной изоляционной пленки. Но если бы вы были физиком, ваши конденсаторы могли бы быть металлическими сферами с большими промежутками между ними или металлическими дисками, где расстояние между пластинами было большим по сравнению с их диаметром. (Или вы нарисуете символ конденсатора, где зазор между пластинами будет огромным и его легко увидеть.) В этом случае притяжение/отталкивание электронов на соединительных проводах будет влиять на баланс +q -q между пластинами конденсатора. .

PS

Еще одна странная идея: сделать сплошную стопку из тысяч дисковых конденсаторов: диск из фольги, диск из диэлектрика, диск из фольги и т. д. Используйте диски шириной полдюйма и сложите их в узкий стержень длиной в фут. Теперь подключите один конец к 1000 вольт. Такой же киловольт появится на другом конце! Стержень действует как проводник. Тем не менее, его сопротивление постоянному току практически бесконечно. Серийные конденсаторы! Каждый маленький конденсатор индуцирует заряд следующего и следующего, вплоть до конца.

Это довольно мучительное объяснение. Это звучит так, как будто влияние электрона течет больше как вода, чем сила, сообщаемая со скоростью, близкой к скорости света. Обратите внимание, что пары пластин в центре ряда, такие как + C1 и - C2, ---||---эти---||--- не связаны ни с чем другим. Их общий заряд должен сохраняться, поэтому, если одна сторона равна +q, другая должна быть -q, и так далее по цепочке заглавных букв. Чтобы ответить на вопрос о пластинах с зазорами, я бы рассмотрел электрическое поле. Каково напряжение на каждой крышке в серии и почему?

Сила, действующая на электрон на вашей диаграмме, НЕ

На конденсаторах в идеальной модели, которой вы должны заниматься в этом вопросе, генерируется электрическое поле, постоянное во всем пространстве, без изменения расстояния. Положительно заряженная пластина создаст поля, направленные наружу, а отрицательно заряженная пластина создаст поле, ориентированное внутрь, представленное стрелками ниже:

И сила на любом$q$заряженная частица равна этому постоянному полю$E$раз больше заряда частицы.

Как видите, если у нас одинаковые заряды на конденсаторах, то поле во внешних областях равно нулю .

Поле во внутренних областях постоянно, направлено в сторону отрицательно заряженного конденсатора и (при условии равенства обкладок) имеет величину$2\cdot E$, как показано ниже:

Ваш комментарий о «суперпозиции» также неверен или, по крайней мере, сильно упрощен. Учитывая сейчас$real$модель. Если вы действительно хотите наложить небольшие заряды на пластине на заряд на проводе, вам придется:

1. Найдите общую точку на плоскости в системе координат, на которую ссылаются.
2. Найдите расстояние между этой точкой и зарядом.
3. Примените закон Кулона к этому маленькому заряду.
4. Проинтегрировать по всей плоскости.

Это на один конденсатор. После применения компьютерной программы для всей системы вы обнаружите, что поле, близкое к конечной плоскости, будет похоже на идеальную модель. Поля вокруг границ были бы немного другими, а внешние поля затухали бы (примечание: они затухают как потому, что поля от положительной и отрицательной пластин гасят друг друга, так и потому, что поле затухает из-за модель бесконечной пластины недействительна на больших расстояниях).

Этот результат можно визуализировать на картинке ниже. Сила, действующая на каждую частицу электрона, пропорциональна сумме всех «стрелок», на которые вы ее поместите.

Вы можете видеть, что в той точке, где на вашем рисунке находится ваш электрон, компоненты поля от конденсатора отсутствуют, поэтому конденсатор практически не влияет на него.

Это примерно столько же деталей, сколько я собираюсь получить о «настоящей» модели конденсатора.

Подводя итог, сделайте себе одолжение и подумайте об идеальной модели бесконечной плоскости, и вы увидите, что равенство зарядов имеет смысл. Ваша идея суперпозиции неверна, и правильный способ ее использования просто приведет к результату, идентичному исходной модели, во всех смыслах и целях.

Почему вы должны индуцировать заряд -q на другой пластине, если первая пластина получает заряд +q?

Это связано с сохранением заряда. Предположим для начала, что в одном конденсаторе все нейтрально и ничего не поляризовано. Электроны и протоны равномерно распределены по обеим сторонам конденсатора. Затем вы прикладываете напряжение к конденсатору, которое отделяет X количеств электронов (также известных как -q) от протонов (также известных как +q). Теперь вы дали +q одной стороне, другая сторона автоматически получает -q.

В последовательном конденсаторе учтите следующее:

Когда вы прикладываете напряжение V и добавляете заряд +q к положительной стороне C1 (который вы взяли с отрицательной стороны C2), это индуцирует -q на отрицательной стороне C2. Это, в свою очередь, поляризует +q на положительной стороне C2 и -q на отрицательной стороне C1. Как это можно сказать? Итак, вот ключ... поймите, что отрицательная пластина C1 и положительная пластина C2 физически связаны и изолированы от остальной части цепи, поэтому общий заряд на них должен оставаться постоянным! Все заряды должны быть сбалансированы.