Was passiert, wenn Sie eine Batterie verwenden, um einen Kondensator vollständig aufzuladen, und dann die Batterie abklemmen, wo geht die Ladung hin?

Die Ladung geht nirgendwo hin und der Kondensator bleibt geladen, bis Sie die Platten des Kondensators kurzschließen. Wo früher ein Batteriepol war, ist jetzt ein Isolator, der die Elektronen aufhält.

Außerdem besteht der Anschluss aus Metall, das eine vernachlässigbare Kapazität hat und daher keine großen Ladungsmengen speichern kann.

Und der Batterie wird keine Nettoladung entnommen. Die Batterie drückt Elektronen von einer Platte des Kondensators zur anderen.

Zu Ihrem Update: Ein theoretisch perfekter Kondensator wird niemals Volt verlieren. Ein echter Kondensator verliert immer Volt, weil Luft eine gewisse Leitfähigkeit hat, und das gilt auch für das Dielektrikum, das zum Trennen der Platten verwendet wird. Auch wenn ein praktischer Kondensator Volt verliert, kann der Verlust klein genug sein, dass er sich jahrelang nicht entlädt.

Nichts wird sie aufhalten, und sie tun es: Die jetzt getrennten Kondensatordrähte werden selbst auf genau die gleiche Spannung wie die Kondensatorplatten aufgeladen. Das bedeutet, wenn Sie diese Drähte jeweils in Ihre Hände nehmen würden, würden Sie einen vollen elektrischen Schlag von der gespeicherten Ladung in den Platten bekommen.

Das Dielektrikum zwischen den Platten ist nicht perfekt, ein Gleichstrom lässt die Ladung zwischen den Platten lecken und reduziert die gespeicherte Spannungsdifferenz im Laufe der Zeit auf Null. Der Leckstrom (oder "Isolationswiderstand") kann ein wichtiger Parameter bei der Auswahl von Kondensatoren in einer elektrischen Anwendung sein.

Siehe zum Beispiel auch dies .

Was verhindert, dass die Elektronen von der negativ geladenen Kondensatorplatte dorthin „zurückfließen“, wo vorher der Minuspol der Batterie war?

Es "fließt zurück", und daher wird der gesamte Draht (+ die Kondensatorplatte) aufgeladen. Aus diesem Grund erhalten Sie einen elektrischen Schlag, wenn Sie einen Teil des Drahtes oder der Platte berühren. Eine andere Denkweise ist, dass Draht und Platte auf demselben elektrischen Potenzial liegen.

Mit dem Blattgold-Elektroskop können Sie sich ein Bild davon machen. Das gesamte Blatt erhebt sich, wenn es aufgeladen wird.

Ich weiß, dass Ladung nur fließen kann, wenn der Stromkreis geschlossen (geschlossen) ist.

Dies ist eine etwas zu starke Vereinfachung, die Sie in schlampigen Physikbüchern finden können. Damit es einen konstanten Strom gibt, müssen Sie einen geschlossenen Stromkreis haben. In anderen Situationen kann es jedoch zu einem vorübergehenden (nicht stetigen) Stromfluss kommen. Beispielsweise ordnet sich die Ladung in einem Leiter neu an, so dass das elektrische Feld im Leiter Null ist – während der Leiter das Gleichgewicht erreicht, fließt Strom, obwohl kein geschlossener Stromkreis vorhanden ist.

In diesem Fall,

(a) Das Dielektrikum zwischen den Kondensatorplatten ist in Wirklichkeit niemals ein perfekter Isolator, so dass im Laufe der Zeit Ladung von einer Platte zur anderen fließt und das Ladungsungleichgewicht zwischen den Platten neutralisiert.

Und

(b) zufällige Bewegung von Elektronen und die Abstoßungskraft anderer Ladungen auf der Kondensatorplatte führen dazu, dass Elektronen von der Platte wegdriften und sich entlang aller mit der Kondensatorplatte verbundenen Leiter neu verteilen und sich schließlich ihren Weg zur Erde erarbeiten.

Was verhindert, dass die Elektronen von der negativ geladenen Kondensatorplatte dorthin zurückfließen, wo zuvor der Minuspol der Batterie war?

Das elektrische Feld, das aufgrund der Ladungstrennung zwischen den Platten des Kondensators besteht. Die Elektronen auf der negativ geladenen Platte werden von der positiv geladenen Platte angezogen. Es ist eigentlich eine minimale Energiekonfiguration.

Auch während die Batterie mit dem geladenen Kondensator verbunden ist, sind die negative Platte, der Verbindungsdraht und der negative Anschluss der Batterie alle negativ geladen. Ähnlich für die positive Platte, das Verbindungskabel und den positiven Anschluss. Tatsächlich gibt es zwischen den Verbindungsdrähten ein elektrisches Feld, das die Spannung über ihnen verursacht.

Wenn die Batterie abgeklemmt wird, liest ein ideales Voltmeter, das über die Verbindungsdrähte angeschlossen ist, weiterhin die Batteriespannung ab, da dies die Spannung ist, auf die der Kondensator und die Verbindungsdrähte aufgeladen sind. Elektronen mussten die negative Platte nicht verlassen, um diese Spannung aufzubauen – die Ladungsverteilung, die diese Spannung hervorrief, war bereits vorhanden.

Aktualisieren:

Mit der Bearbeitung der Frage, die Diagramme hinzugefügt hat, kann ich jetzt leichter auf einen Punkt hinweisen, den ich in meiner ersten Antwort nur berührt habe. Hinweis: Ich werde das weglassen, was ich für unnötige Komplikationen halte, um das Wesentliche hervorzuheben.

Die beiden Leitungen, die mit den Kondensatorplatten verbunden sind, sind Leiter und bilden als solche einen Kondensator parallel zu dem von den Platten gebildeten Primärkondensator. Diese Streu- oder parasitäre Kapazität ist im Vergleich zur Primärkapazität fast immer vernachlässigbar, muss aber, insbesondere in HF-Schaltungen, manchmal berücksichtigt werden. Diese Kapazität zwischen den Leitern ist natürlich abhängig von der Geometrie, z. B. Leiterabstand, Länge usw.

Unabhängig davon wird dieser Kondensator auch von der Batterie auf die Batteriespannung aufgeladen, und dies bedeutet, dass die mit den Platten verbundenen Drähte eine geringe Ladungsdichte aufweisen, um das elektrische Feld zwischen den Leitungen und damit die Spannung darüber aufzubauen.

Wenn die Batterie getrennt wird (auf eine „ideale“ Weise, die die Leitungen usw. nicht stört), bleibt diese Streukapazität geladen (auch hier werden alle physikalischen Möglichkeiten ignoriert, auf denen Ladung von einer Leitung zur anderen „lecken“ kann).

Das heißt, ich verstehe nicht, dass Elektronen von der negativen Platte diese Streukapazität aufladen, nachdem die Batterie getrennt wurde, sie war bereits geladen.

Wie andere gesagt haben, bleibt die Ladung im Kondensator, bis sie entweder irgendwohin geht oder im Laufe der Zeit abfließt. Zwei Beispiele aus der Praxis:

Projekt im Physikunterricht - laden Sie einen 8.000uf, 5?V-Kondensator auf und verwenden Sie diese Leistung, um etwas mit Strom zu versorgen, das den Kondensator so weit wie möglich transportiert. (Ich baute das kleinstmögliche Fahrzeug – der Kondensator selbst, der Antriebsmotor befand sich auf der Trägerrakete. Leider hatte ich nicht die Metallbearbeitungsausrüstung, um es gerade genug starten zu lassen. Hätte ich einen sauberen Start hinbekommen, hätte ich es abprallen lassen können am anderen Ende der Halle, aber in der Praxis drehte es sich immer aus, bevor es so weit kam.)

Und, noch dramatischer, ein YouTube-Video, in dem er einige Ultrakondensatoren stapelte, ziemlich viel Zeit damit verbrachte, sie aufzuladen, und dann die Energie in ihnen im Grunde als Möchtegern-Lichtbogenschweißer nutzte. Es konnte tatsächlich Metall schmelzen, hatte aber nicht wirklich die Kraft zum Schweißen.

Darf ich darauf hinweisen, dass, egal wie oft Sie angeben, dass sich zwischen Ihren Kondensatorplatten kein Dielektrikum befindet, dies selbst in einem perfekten Vakuum der Fall ist. Dielektrikum ist einfach Jargon für "das Zeug zwischen den Platten, das den Stromfluss hemmt", was ein perfektes Vakuum ist.

Sie sollten sich den Elektronenfluss als Wasserfluss vorstellen, die Batterie liefert Druck, der in den Kondensator gedrückt wird, sobald der Kondensator getrennt ist, liefert er Druck zurück zum Ursprung. Nichts kann den Draht verlassen, außer in Form von Wärme, die eine Funktion des Stroms ist. Eine momentane Stromumkehr ist alles, was Sie sehen würden, wenn Sie außergewöhnlich lange und nicht ideale Drähte verwenden. Aber sobald das System im Gleichgewicht ist, passiert absolut nichts mehr, keine Verluste mehr, da der Strom nicht mehr fließt.

Sie müssen verstehen, dass Sie nach nicht idealen (realen) Situationen fragen. Ein idealer Draht hat keinen Widerstand, keine Kapazität, keine Induktivität, nichts von all diesen wirklich lustigen Dingen, die ein System verkomplizieren. Ein idealer Draht wird im Allgemeinen ignoriert, da der nicht ideale Draht eher einem Schlauch mit Löchern ähnelt, aber einem Schlauch ohne Löcher, in dem der Kondensator so viel Druck liefern kann, wie er möchte, aber das Wasser fließt nirgendwo hin.

Frage klar aus Titel. Überrascht von sechs Antworten.

Einfachste Vorstellung:

Unter Spannung$V$, war Anklage$+q$auf Platte 1 u$-q$auf Platte 2, so dass$q=cV$.

Dann trennen wir uns und die Ladung kann nicht entweichen. Die mit Platte 1 verbundene Halbschaltung hat$+q$und andere hat$-q$.

Da keine Spannung zugeführt wird, bewegen sich Ladungen in die niedrigste Spannungskonfiguration, und die Spannung wird nicht unbedingt sein $V$ mehr. Um die Spannung zu minimieren, kommen entgegengesetzt geladene Ionen (die Elektronen und die „Löcher“) so nahe wie möglich aneinander. Antworten, die sagen, dass sie fließen oder nicht fließen, sind Vermutungen (mit Ausnahme der Alfred-Antwort, wenn keine Standortänderungen angenommen werden).

Hängt davon ab, wo die isolierten Komponenten sind. Wie haben wir uns getrennt? Wenn irgendein Teil dieser Drähte oder Verlegungen nahe beieinander liegt, wird eine Verringerung der Spannung durch eine Änderung der Ladungsverteilung erreicht. Es wird immer noch etwas Spannung vorhanden sein und könnte gleich sein.