Warum können wir keine Spannung zwischen nur einem Pin eines geladenen Kondensators und einer beliebigen Masse ablesen? [Duplikat]

Dann habe ich die negative Sonde an eine beliebige universelle Masse (Erde, eine große Kupferplatte usw.) angeschlossen und aus allgemeinem Wissen weiß ich, dass ich keine Spannungen messen konnte, aber ich konnte den physikalischen Grund dafür nicht verstehen.

Das Voltmeter kann nur die Spannung (Potenzialdifferenz) zwischen seinen beiden Anschlüssen messen. Es weiß nichts über andere Knoten in der Schaltung.

Der Kondensator steuert nur die Spannung zwischen seinen beiden Anschlüssen. Es hat keinen Einfluss auf andere Knoten in der Schaltung.

Angenommen, Sie laden den Kondensator auf 9 V auf. Dann trennen Sie den Kondensator von Masse. Die beiden Anschlüsse des Kondensators sind immer noch 9 V voneinander entfernt, aber es gibt nichts, was einen auf dem Erdpotential hält. Aufgrund einiger Streuelektronen, die aufgrund von Wind usw. auf den isolierten Kondensator geblasen oder von ihm weggeblasen werden, könnte das Potential relativ zur Erde um 10 oder 100 Volt driften.

Wenn Sie dann das Voltmeter wie in Ihrem 3. Diagramm anschließen, stellen Sie einen Pfad für eine kleine Leckage vom oberen Anschluss des Kondensators zur Erde bereit. Jetzt wird dieser Anschluss sehr nahe am Massepotential liegen, und der andere Anschluss wird bei -9 V enden, da der Kondensator immer noch (unter der Annahme, dass kein Leck durch das Dielektrikum auftritt) eine Differenz von 9 V zwischen seinen beiden Anschlüssen aufrechterhält.

Eigentlich denke ich, dass der schlimmste Teil Ihrer Frage Ihre Entschuldigung dafür ist, dass Sie eine "triviale Frage" gestellt haben. Ihre Frage ist sehr gültig und ziemlich nicht trivial.

Während ein "Voltmeter" gemäß seiner Namenskonvention eine statische Ladung von Trägern anzeigen sollte, wenn es an einen der Anschlüsse eines geladenen Kondensators angeschlossen ist (und die Ladung zwischen ihnen, indem man einen vom anderen subtrahiert), ist Ihr Multimeter eigentlich kein Voltmeter überhaupt.

Wenn Produktionsmultimeter auf die Messung von "Spannung" eingestellt sind, sind sie intern so konfiguriert, dass sie dem zu testenden Schaltkreis eine hohe (aber nicht annähernd unendliche) Impedanz bieten. Dann misst das Messgerät den Strom über seine interne Last, um die Leerlaufspannung des Stromkreises zu schätzen (es kann argumentiert werden, dass es die Spannung über der Last misst, aber das Ergebnis ist das gleiche, da Strom/Spannung über alle reelle, nicht unendliche Impedanz sind inhärent miteinander verbunden).

Da es in Ihrem Stromkreis keinen vollständigen Strompfad gibt, "sieht" das Messgerät nur einen vorübergehenden Durchgang von Elektronen über die Last, dann werden die statischen Potentiale über das Messgerät ausgeglichen und es fließt kein Strom mehr, daher wird keine Spannung registriert.

Wenn ein "Voltmeter" tatsächlich die "wahre" Leerlaufspannung (wie ein Elektroskop) messen würde, würde Ihr Stromkreis einwandfrei funktionieren und die geerdete Elektrode Ihres Messgeräts würde eher als "Referenzmasse" als als seine aktuelle Funktion fungieren als "unterbrochener Stromkreis".

Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten im Stromkreis. Wenn Sie es nur an eine Seite des Kondensators anschließen und die andere Seite getrennt ist, besteht kein Stromkreis. Es spielt keine Rolle, mit welcher Art von "Masse" die negative Seite des Voltmeters verbunden ist (könnte die Erde, eine Kupferplatte, ein kurzer Draht, nichts sein). Die Ladung auf dem Kondensator kann das Voltmeter nicht ablenken, da es keine Möglichkeit gibt, den Minuspol des Voltmeters zu erreichen.

Dies kann bewiesen werden, indem man sich ein reales Setup ansieht, in dem es einen Pfad zum negativen Anschluss des Voltmeters gibt . Zwischen benachbarten Komponenten gibt es immer eine gewisse Kapazität (es sei denn, sie sind durch einen unendlichen Abstand getrennt), sodass eine praktische Schaltung tatsächlich so aussieht: -

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Was passiert in dieser Schaltung? Da wir jetzt einen vollständigen Stromkreis haben, kann Strom von C1 nach unten durch das Voltmeter über die Erde und wieder nach oben in C2 fließen und es aufladen. C2 ist millionenfach kleiner als C1, sodass nur eine winzige Menge Ladung bewegt werden muss, damit sich die Spannungen an C1 und C2 ausgleichen. Daher verliert C1 ein wenig an Spannung, während C2 auf die gleiche (leicht reduzierte) Spannung aufgeladen wird.

Wenn sich C2 auflädt, fließt Strom durch das Voltmeter, sodass es eine vorübergehende Auslenkung zeigt. Nach dem Aufladen ist die Spannung an C2 jedoch am Masseende positiv, sodass sich aus Sicht des Voltmeters die Spannungen an C1 und C2 aufheben und Null Volt angezeigt werden. Stellen Sie sich nun vor, dass C1 weiter von der Masseebene entfernt ist, sodass C2 kleiner ist und weniger Ladung aufnimmt. Der anfängliche Voltmeterausschlag verringert sich ebenfalls. In einer theoretischen Schaltung ohne Kapazität gegen Erde zeigt das Voltmeter immer Null an.