Почему мы не можем считать напряжение только между одним выводом нагруженного конденсатора и любой землей? [дубликат]

Затем я подключил отрицательный щуп к любому универсальному заземлению (земля, большая медная пластина и т. Д.), И из общеизвестных фактов я знаю, что не мог измерить никакие напряжения, но я не мог понять физическую причину этого.

Вольтметр может измерять только напряжение (разность потенциалов) между двумя его клеммами. Он ничего не знает ни о каких других узлах в цепи.

Конденсатор контролирует только напряжение между двумя его выводами. Это не влияет ни на какие другие узлы в цепи.

Скажем, вы заряжаете конденсатор до 9 В. Затем вы отключаете конденсатор от земли. Две клеммы конденсатора по-прежнему разнесены на 9 В, но ничто не удерживает ни одну из них под потенциалом земли. Из-за того, что несколько блуждающих электронов дуют на изолированный конденсатор или с него из-за ветра и т. д., потенциал относительно земли может дрейфовать на десятки или сотни вольт.

Затем, когда вы подключаете вольтметр, как на вашей 3-й диаграмме, вы обеспечиваете путь для небольшой утечки от верхнего вывода конденсатора к земле. Теперь эта клемма окажется очень близкой к потенциалу земли, а другая клемма окажется на уровне -9 В, потому что конденсатор все еще (при условии отсутствия утечки через диэлектрик) поддерживает разницу в 9 В между двумя его клеммами.

На самом деле, я думаю, что худшая часть вашего вопроса - это ваше извинение за то, что вы задали "тривиальный вопрос". Ваш вопрос очень актуален и весьма нетривиален.

Хотя, согласно соглашению об именах, «вольтметр» должен показывать статический заряд носителей при подключении к любому выводу заряженного конденсатора (и заряд между ними, вычитая один из другого), ваш мультиметр на самом деле не вольтметр . совсем.

Когда производственные мультиметры настроены на измерение «напряжения», они внутренне сконфигурированы так, чтобы обеспечивать высокое (но далеко не бесконечное) полное сопротивление тестируемой цепи. Затем измеритель измеряет ток на своей внутренней нагрузке, чтобы оценить напряжение холостого хода цепи (можно возразить, что он измеряет напряжение на нагрузке, но результат тот же, поскольку ток/напряжение на любой реальный, не бесконечный импеданс неразрывно связаны).

Поскольку в вашей цепи нет полного пути для тока, измеритель «видит» только переходное прохождение электронов через нагрузку, затем статические потенциалы уравновешиваются на измерителе, и ток больше не течет, поэтому напряжение не регистрируется.

Если бы «вольтметр» действительно измерял «истинное» напряжение разомкнутой цепи (например, электроскоп), то ваша схема работала бы просто отлично, а заземленный электрод вашего измерителя функционировал бы как «опорное заземление», а не как его текущая функция. как «разорванная цепь».

Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками цепи. Если вы подключаете его только к одной стороне конденсатора, а другая сторона отключена, то цепи нет. Неважно, к какой «земле» подключен отрицательный полюс вольтметра (это может быть земля , медная пластина, короткий провод, ничего). Заряд на конденсаторе не может отклонить вольтметр, потому что он не может достичь отрицательного вывода вольтметра.

Это можно доказать, посмотрев на реальную установку, в которой есть путь к отрицательному выводу вольтметра. Между любыми соседними компонентами всегда будет некоторая емкость (если они не разделены бесконечным расстоянием), поэтому практическая схема на самом деле выглядит так:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Что происходит в этой цепи? Поскольку теперь у нас есть полная цепь, ток может течь от C1 вниз через вольтметр через землю и обратно в C2, заряжая его. C2 в миллион раз меньше, чем C1, поэтому для выравнивания напряжений на C1 и C2 требуется лишь небольшое количество заряда. Следовательно, C1 немного потеряет напряжение, а C2 зарядится до того же (слегка уменьшенного) напряжения.

Ток будет течь через вольтметр, когда C2 заряжается, поэтому он покажет мгновенное отклонение. Однако после зарядки напряжение на C2 становится положительным на конце заземления, поэтому с точки зрения вольтметра напряжения на C1 и C2 компенсируются, и он показывает ноль вольт. Теперь представьте, что C1 отодвинут дальше от земли, так что C2 меньше и получает меньше заряда. Начальное отклонение вольтметра также уменьшается. В теоретической цепи без емкости на землю вольтметр всегда будет показывать ноль.