Considere un condensador ideal que tiene una longitud de entre sus placas. Los terminales del capacitor están abiertos; no están conectados a ninguna impedancia de valor finito. su capacidad es y tiene un voltaje inicial de .
¿Qué sucede con el voltaje del capacitor si hacemos que el espacio entre las placas sin cambiar la cantidad de carga en las placas?
Mis pensamientos sobre esto:
Aumentar la brecha disminuirá la capacitancia.
Dado que la cantidad de carga no cambia, el nuevo voltaje del capacitor será
¿Es esto cierto? ¿Podemos cambiar el voltaje del capacitor simplemente moviendo sus placas? Por ejemplo, suponga que estoy usando zapatos de plástico y tengo cierta cantidad de carga en mi cuerpo. Esto naturalmente causará un voltaje estático, ya que mi cuerpo y la tierra actúan como placas de capacitor. Ahora bien, si escalo un edificio aislante perfecto (por ejemplo, un árbol seco), ¿aumentará el voltaje estático en mi cuerpo?
Una máquina de Wimshurst funciona mediante ese proceso.
Pone carga en las placas que están juntas, luego las separa para generar un alto voltaje.
Cuando estaba en la escuela, en los años 70, un niño hizo uno usando material de PCB para los discos y agujas de gramófono para crear la carga inicial. El 'trabajo' fue realizado por un motor eléctrico. Según la longitud de la chispa que generó, creo que produjo más de 200,000V.
Su padre lo llevó al trabajo, donde diseñaron teléfonos y probaron los primeros teléfonos electrónicos con él.
Sí, el voltaje aumenta. Parece que la mayoría de nosotros aprendimos esto en la escuela. Mi profesor de física tenía una configuración con placas móviles y un voltímetro muy sensible (en realidad, de muy alta impedancia). A medida que se separaban las placas, el voltaje aumentaba.
Esto viene de la fórmula elemental Q=CV. Separar las placas reduce la capacitancia. La carga no se fue a ninguna parte, por lo que el voltaje debe aumentar. Esto puede parecer contrario a la intuición, pero la carga en las placas quiere atraerse entre sí, y estás haciendo trabajo al separarlas.
Puede reproducir el experimento descrito anteriormente si tiene un voltímetro con una entrada FET (o un osciloscopio, si tiene suerte). Conecte a tierra el cable negativo y sostenga el otro cable en su mano. Si sus zapatos no son conductores y no tiene ninguna correa ESD conectada, debería poder desviar el medidor simplemente levantando y bajando el pie. Por cierto, frotar la alfombra crea la carga y levantar los pies y alejarse es lo que eleva esas cargas estáticas a niveles de voltaje tan altos.
En una nota práctica, así es como funciona un micrófono de condensador electret. A medida que el diafragma vibra, la capacitancia entre este y una placa fija cambia, y el voltaje cambia con ella.
El voltaje definitivamente aumenta.
Q = C * U
Dado que disminuye C al aumentar la brecha pero Q permanece igual, U aumentará.
En mi época de colegio no quería creerlo así que mi profesor me mandó a la sala de experimentos con una fuente de alimentación de alto voltaje, placas, cables, aisladores y un galvanómetro. Lo he probado y es cierto! El voltaje aumenta a medida que aumenta la brecha.
El campo eléctrico entre dos placas paralelas de área es aproximadamente , por lo tanto, el voltaje a una distancia aparte será .
Entonces, duplicar la distancia duplicará el voltaje.
La aproximación del campo eléctrico se degradará significativamente a medida que se vuelve más grande que alguna fracción de alguna dimensión característica de las placas.
Como sabemos, un condensador consta de dos placas metálicas paralelas. Y el potencial entre dos placas de área A, distancia de separación d, y con cargas +Q y -Q, viene dado por
Entonces, la diferencia de potencial es directamente proporcional a la distancia de separación.
Estás en lo correcto. Puede notar que mientras se conserva la carga, la energía almacenada en el capacitor después de separar las placas ha aumentado:
en el contexto descrito con placas no conectadas, el escenario y las fórmulas indican que para la distancia 2l necesitarás el doble de voltaje para polarizar la misma cantidad de carga.
Carlos Witthoft