Wird ein Kondensator in einem offenen Stromkreis aufgeladen?

Angenommen, ich habe einen Stromkreis, der aus einer Batterie, einem Draht, einem offenen Schalter und einem Kondensator besteht. Der Stromkreis ist offen, da der Schalter offen ist.

Mein Buch sagt, dass der Kondensator nur geladen wird, wenn der Schalter geschlossen ist, aber ich verstehe nicht, warum das stimmt. Ich würde erwarten, dass der Kondensator ein wenig aufgeladen wird - nicht so stark, als ob der Stromkreis geschlossen wäre, aber trotzdem aufgeladen ist.

Um meinen Standpunkt weiter zu veranschaulichen, bedenken Sie Folgendes: Wenn der Stromkreis offen ist, muss der Strom Null sein. Folglich muss das Feld Null sein. Damit das Feld Null ist, muss das Feld des Kondensators das Feld der Batterie aufheben. Daher muss der Kondensator aufgeladen werden.

Um dieses Konzept zu verallgemeinern, sollten Kondensatoren nicht (in geringerem Maße) in offenen Stromkreisen geladen werden?

EDIT: Mit anderen Worten, wenn das Feld Null ist, muss der Kondensator geladen werden, um das Feld der Batterie aufzuheben.

Verallgemeinernd für einen offenen Stromkreis denke ich, dass der Kondensator M A j aufgeladen werden. Es kann entladen, vollständig aufgeladen oder irgendwo dazwischen sein. In gewissem Sinne hängt es davon ab, was passiert ist, bevor der Stromkreis geöffnet wurde.
@Jedediyah Warum würde es sicherlich nicht geladen werden, da der Schalter als ein weiterer Kondensator in Reihe betrachtet werden kann?
Ohh, ich verstehe jetzt, Sie meinen, dass der Stromkreis offen ist, weil sich "innerhalb" der Kondensatoren eine Lücke befindet. Dies zählt technisch gesehen nicht als offener Stromkreis, da diese Lücke Teil der Komponente im Stromkreis ist. Ihr Beispiel ist also ein geschlossener Stromkreis, der die Kondensatoren definitiv aufladen würde.
@dfg Die Prämisse Ihrer Frage geht davon aus, dass selbst im offenen Stromkreis ein elektrisches Feld der Batterie vorhanden ist, das nicht wahr ist. In einem stromlosen Leiter (elektrostatisches Gleichgewicht) können keine elektrischen Felder existieren und somit gibt es auch kein Feld, das durch den Kondensator aufgehoben werden muss. Das Feld aufgrund des Teigs wird nur aufgebaut, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Wenn Sie mehr Ausarbeitung wünschen, lassen Sie es mich wissen.
@SatwikPasani Ich verstehe, dass das elektrische Nettofeld im Draht Null sein muss. Ich verstehe jedoch nicht, warum das von der Batterie erzeugte Feld Null ist. Die (geladenen) Anschlüsse würden ein Feld erzeugen, unabhängig davon, ob der Stromkreis geschlossen oder offen ist. Stellen Sie sich zwei parallele geladene Platten vor, die die Anschlüsse darstellen - sie erzeugen ein Feld, unabhängig davon, was um sie herum ist. Sie bräuchten also etwas , um das Feld aufzuheben, oder?
@dfg Das von der Batterie in einem offenen Stromkreis erzeugte Feld ist vernachlässigbar und entspricht ungefähr dem Dipolfeld. Wenn wir dieses Feld betrachten, haben alle metallischen Objekte in der Nähe eine gewisse Nettoladungsdichte, um das Feld im Inneren verschwinden zu lassen. Aber diese Ladungsdichte ist zu gering, um als geladen betrachtet zu werden . Darüber hinaus sind in der Atmosphäre normalerweise viele elektrische Streufelder vorhanden, die dieses schwache Feld leicht überwinden können. Nur in einem geschlossenen Stromkreis ist das Batteriefeld stark genug, um große Ladungsdichten zu erzeugen ( geladen ). Kleine Ladungsdichten werden in Gegenwart eines beliebigen Feldes aufgebaut.
@SatwikPasani Aber die Stärke des Batteriefeldes ist unabhängig davon, ob der Stromkreis geschlossen ist. Und wenn das Feld bei offenem Stromkreis Null ist, benötigen Sie ein weiteres Feld, um es aufzuheben, das vom Kondensator beigetragen werden muss.

Antworten (5)

Der Kondensator wird zwar ein wenig aufgeladen – aber die Ladung wird so gering sein, dass wir ihn auch ungeladen nennen können . Hier ist der Grund: Der offene Schalter ist ein weiterer Kondensator (zwei leitende Anschlüsse, obwohl nicht ganz in Plattenform, getrennt durch ein Dielektrikum). Seine Kapazität ist jedoch extrem niedrig: Der Querschnitt der Anschlüsse wird in der Größenordnung von a liegen M M 2 eher als ein paar C M 2 (für einen Elektrolytkondensator) hat das Dielektrikum (Luft) einen viel niedrigeren ε , und der Abstand zwischen den Anschlüssen liegt eher in der Größenordnung von einem Millimeter als im Mikrometerbereich. Der Schalter ist mit dem (richtigen) Kondensator in Reihe geschaltet, sodass sich ihre Kapazitäten gegenseitig addieren (dh 1 / C = 1 / C C A P + 1 / C S w ich T C H ≈ 1 / C S w ich T C H , da der Wert der effektiven Kapazität geringer wäre als der untere Wert in der Berechnung und sehr klein wäre). Da die Gesamtladung über der Kondensator-Schalter-Kombination liegt Q = U C , es wird sehr niedrig sein. Dies schließt den Teil der Ladung ein, der zum Schalter geht, sodass die Ladung des richtigen Kondensators noch geringer ist.

Diese Antwort macht sehr viel Sinn. Ich verstehe, dass der Schalter eine sehr niedrige Kapazität hat, aber ist sie wirklich so niedrig, dass die Ladung auf dem Kondensator vernachlässigt werden kann? Sicher, ein Kondensator ist bei weitem nicht so gut wie ein tatsächlicher Kondensator, aber die Kapazität müsste unglaublich niedrig sein, damit die Ladung im Kondensator vernachlässigt werden kann.
Und auch, was ist, wenn das Kabel vom Terminal getrennt wird? Dann kann der "offene Schalter" nicht wirklich als Kondensator betrachtet werden, oder? Weil Sie nicht zwei leitende Anschlüsse haben, die durch ein Dielektrikum getrennt sind. Sie haben nur 1 leitenden Anschluss (das Ende des Drahtes) und die Batterie.
1: ein Plattenkondensator mit 1 M M 2 Platten im Abstand von 1 mm (durch Luft getrennt) hat eine Kapazität von knapp 0,01 pF. Die kleinsten Kondensatoren, die typischerweise in diskreten Schaltungen zu finden sind, sind etwa um den Faktor 100 größer, aber selbst etwas im nF-Bereich ist kein wirklich großer Kondensator. Also ja, die Schaltkapazität ist sehr gering. 2: Wenn der Draht getrennt wird, entsteht ein dritter Kondensator. Es wird wahrscheinlich eine noch geringere Kapazität haben, da der Abstand zwischen Draht und Batterieanschluss viel größer sein wird als bei einem Schalter, bei dem die Mechanik gut kontrolliert wird.
"Die Ladung des richtigen Kondensators wird noch geringer sein"? Wären die Gebühren nicht gleich, da OP von einer Reihenschaltung sprach?

Sie haben im Prinzip Recht, aber wenn Sie den Bereich einer Batterie betrachten; Sie ziehen etwas in Betracht, das von Ihrem Buch als vernachlässigbar angesehen wird. Bei Problemen in der realen Welt versucht man immer, vernachlässigbare Effekte zu ignorieren, Probleme mit einem angemessenen Maß an Genauigkeit zu lösen und die Prinzipien hervorzuheben.

Wenn Ihr Buch anfängt, von all diesen Effekten zu sprechen, muss es auch schreiben, dass sich die Schaltung in einem abgeschirmten Käfig befindet, auf den keine äußeren Felder einwirken können.

Tut mir leid, ich verstehe nicht, warum es vernachlässigbar ist. Die Ladung auf dem Kondensator müsste signifikant sein, damit sich das Feld aufhebt.

Ein Kondensator in einem offenen Stromkreis M A j belastet werden:

Es könnte vollständig entladen sein, oder es könnte sein, dass der Schalter geöffnet wurde, während der Kondensator vollständig geladen war. Es ist auch bekannt, dass Kondensatoren lecken. Das heißt, sie verlieren mit der Zeit ihre Ladung.

Dies ist eher ein Argument über die Semantik Ihres Buches, aber ich stimme Ihnen größtenteils zu. In Ihrem Beispiel (wenn ich es richtig verstehe) ist der Stromkreis aufgrund der Abstände zwischen den Kondensatoren nicht geöffnet. Das ist ein geschlossener Stromkreis und tatsächlich einer, der definitiv (wie Sie betonen) die Kondensatoren auflädt. Wenn Sie über eine Schaltung sprechen wie:

----| |--- | |---
| |
| |
| |
----(-+)--MMM----

Dann ist dies ein geschlossener Stromkreis, der die Kondensatoren auflädt. (Entschuldigung für die ASCII-Schaltung, die -| |- sind Kondensatoren, das MMM ist ein Widerstand und das (-+) ist eine Spannungsquelle).

Tut mir leid, ich verstehe immer noch nicht, warum es nicht immer belastet wird. Warum kann ein offener Stromkreis nicht als 2 Kondensatoren in Reihe angesehen werden?
Danke, aber ich spreche nicht von zwei Kondensatoren in Reihe, ich spreche von einem offenen Schalter und einem Kondensator, der als zwei Kondensatoren in Reihe behandelt werden kann.
@dfg Klärt meine schöne ASCII-Schaltung die Dinge auf? Der Stromkreis, den Sie beschreiben, ist tatsächlich geschlossen.
Ein Stromkreis mit offenem Schalter ist also geschlossen? Ist das nicht widersprüchlich?
Hmmm, ich muss dein Beispiel einfach nicht verstehen. Wo kam der Schalter rein?
Ich habe eine Schaltung mit einem offenen Schalter und einem Kondensator. Ich frage, ob der Kondensator in dieser Schaltung aufgeladen würde. Mein Buch sagt, dass dies nicht der Fall sein wird, aber ich behaupte, dass dies der Fall sein wird , weil ein offener Schalter und ein Kondensator zwei Kondensatoren in Reihe ähneln . Klärt das die Sache auf?
Wenn Sie immer noch über den Kondensator als offenen Schalter sprechen, ist dies der Punkt der Verwirrung. Ein Kondensator ist KEIN offener Schalter. Was den offenen Schalterfall aus Ihrem Lehrbuch angeht, lautet meine Antwort, dass Sie nicht wissen, ob der Kondensator geladen ist, es sei denn, Sie messen die Spannung darüber.
Das Letzte, was mir einfällt, was Sie zu sagen versuchen, ist, dass ein Kondensator bei voller Ladung wie ein Schalter in dem Sinne wirken kann, dass sich der Strom, wenn er in der Schaltung in Reihe geschaltet ist, beim Laden des Kondensators Null nähert. Das ist aber immer noch ein GESCHLOSSENER Kreislauf.
Vielleicht wird das verdeutlichen, was ich meine. Angenommen, ich habe einen Stromkreis, der aus einer Batterie, einem Draht, einem offenen Schalter und einem Kondensator besteht. Wenn ich Ladung vom Pluspol zum Minuspol ziehe, muss sie potenzielle Energie gewinnen, oder? Folglich muss zwischen Minus- und Pluspol ein Spannungsabfall vorhanden sein. Da die Spannung in einem Draht Null ist, muss der Spannungsabfall über dem Kondensator und dem offenen Schalter erfolgen. Und da am Kondensator eine Spannung abfällt, muss er aufgeladen werden. Verdeutlicht das, was ich meine?
Komponenten kann man nicht einfach sagen, man muss definieren, wie sie angeordnet sind. Ich denke, ich stimme dem zu, was Sie in diesem Punkt vorschlagen l A S T Post, aber es unterscheidet sich von Ihrer ursprünglichen Frage und von Ihren vorherigen Beispielen.

Ihr Argument ist: Wenn der Stromkreis offen ist, muss der Strom Null sein. Folglich muss das Feld Null sein. Damit das Feld Null ist, muss das Feld des Kondensators das Feld der Batterie aufheben. Daher muss der Kondensator aufgeladen werden.

Ersetzen Sie den Kondensator durch einen Widerstand. Wenn Sie Ihrer Argumentation auf die gleiche Weise folgen, muss am Widerstand ein Spannungsabfall auftreten, der das Batteriefeld ausgleicht. Dazu muss ein Strom fließen. In einem offenen Kreislauf. Das tut es nicht.

Daher ist Ihre obige Argumentation falsch. Im offenen Stromkreis erzeugt die Batterie kein elektrisches Feld.

Man könnte pingelig sein und sagen, dass eine Schaltung mit einem Kondensator niemals geschlossen ist, aber wir müssen es irgendwie modellieren und mit den Einschränkungen des Modells leben

Tut mir leid, ich folge nicht. Im Fall des Widerstands hebt das durch den Spannungsabfall am Schalter erzeugte Feld das Feld der Batterie auf. Der Schalter würde im Wesentlichen wie ein Kondensator wirken.
Exakt. Das gleiche passiert mit dem Kondensator

Hier ist ein Merkmal von Kondensatoren, das Sie möglicherweise entgegen dem Rat Ihres (nicht referenzierten) Lehrbuchs zu der Annahme veranlasst haben könnte, dass ein ungeladener Kondensator mit nur einem an eine Stromquelle angeschlossenen Bein aufgeladen werden könnte, obwohl Sie eine kleine zugeben eins.

Diese Antwort erfordert eine kleine Anzahl von Schritten und beginnt bei Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_induction

Scrollen Sie bei Wikipedia zur Überschrift Induktion in dielektrischen Objekten . Es bedeutet nicht unbedingt Dielektrika in einem Kondensator, aber in diesem Fall ist die Nomenklatur genau.

Um Wikipedia einfach zu präzisieren, wird eine Ladung über das Dielektrikum die Positionierung der Elektronenbahnen um die Kerne der Atome im Dielektrikum verzerren. Wenn die Ladung der Leiter auf jeder Seite des Dielektrikums entfernt wird, kehren die Elektronenbahnen in den dielektrischen Atomen zur Normalität zurück. Aber nicht sofort.

Die NZ Post Office Radio Training School meiner Regierung ( Wellington NZ, Dozent Grant, I. 1964 ) führte diese atomare Verzerrung in Kondensatoren, die sich langsam wieder normalisiert, wenn eine Gleichstromladung entfernt wird, mit dem Begriff dielektrische Hysterese ein (aus meinen Vorlesungsunterlagen). Uns Studenten wurde gesagt, dass wir die Kondensatoranschlüsse an jedem außer Betrieb genommenen Kondensator, der hohe Gleichspannungen geführt hatte, kurzschließen und den Kurzschluss bestehen lassen sollten, bis der Kondensator wieder installiert war.

Nun zu dir. Haben Sie zufällig eine praktische Schaltung wie beschrieben zum Experimentieren gebaut, bevor Sie Ihre Frage gestellt haben, oder sind Sie hypothetisch in Bezug auf die Möglichkeit einer "Ein-Leiter" -Fähigkeit zum Laden eines Kondensators aufgrund einer scheinbar anomalen Eigenschaft, die Sie möglicherweise haben in einem DUT, insbesondere einem Hochspannungsschaltkreis, und unter bestimmten Testbedingungen beobachtet?

Hier sind meine zufällig abgeleiteten empirischen Daten, damit Sie wissen, woher ich komme: Ich habe einen 4uF-Kondensator aus geöltem Papier entfernt, der bei 5.000 VDC von einem Ventiltransmitter gearbeitet hatte. Habe die Klemmen 2-3 Wochen kurzgeschlossen gelassen. Entfernt den Kurzschluss für weitere 2 Wochen. Ich dachte, ich sollte den Kurzschluss ersetzen, bevor ich einen sehr großen und sehr schweren Kondensator woanders hinbewege, und mit einem Blitz und einem Knall zeigte der Kondensator, dass die dielektrische Hysterese nach Wochen des Kurzschlusses geschätzte 5-10 Prozent der Ladung wieder aufbaute.

Eine echte, signifikante Ladung an einem Kondensator, an dessen Klemmen wochenlang „nichts“ angeschlossen war.

Hoffentlich kann diese Antwort eine Möglichkeit erklären, wie Sie Ihre Hypothese entwickelt haben, die das Lehrbuch negiert?

Wird ein Kondensator in einem offenen Stromkreis aufgeladen?
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