Carga y descarga del condensador: resultados extraños

Durante el diseño de mi circuito me encontré con un circuito inusual como se muestra a continuación:

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A primera vista, esto parece trivial, sin embargo, si juega un poco con él, encontrará lecturas de voltímetro que son difíciles de explicar. Entonces, para el circuito tal como está, por encima de todo parece estar claro, el capacitor se carga lentamente a 3V a través de un voltímetro con una enorme resistencia de 10MOhm. Después de que alcanza el estado estacionario, tiene el mismo número de cargas en cada placa pero con signo opuesto. Ahora desenchufemos este condensador y lo volvamos a enchufar de manera inversa para que la placa previamente cargada negativamente esté en el lado de la batería +. Lo que sucede es que el voltímetro ahora muestra +6 V y se descarga lentamente a 1,5 V. Aquí está la lista de mis preguntas:

  1. Si aplica KVL al circuito recién creado, tiene sentido. Tenemos:

    − 3 − 3 + V tu 1 = 0
    V tu 1 = 6 V
    Pero pensemos en ello en términos de cargas de capacitores . Lo que hicimos fue conectar la placa de carga negativa al término positivo de la batería. Por lo tanto, prefiero esperar que rápidamente (debido a la ausencia de cualquier resistencia) disuelva todas las cargas negativas y gane las positivas, por lo tanto, reduzca el potencial del capacitor a 0 , ya que la segunda placa lentamente (debido a la resistencia de 10 Mohm del voltímetro) descarga su carga positiva. Entonces, tenemos una situación en la que justo después del cambio, un lado es +Q y el otro también tiene +Q, por lo que, en mi opinión, el potencial neto del condensador será 0. ¿Dónde está el error en mi entendimiento?

  2. Lo segundo es por qué se detiene en 1.5V. Porque esto no tiene explicación.

PD: Todo lo que describo es un circuito real, el esquema puede sugerir que lo simule, pero este no es el caso.

¿Qué tipo de capacitor estabas usando? ¿Fue la variación de la corriente de carga con el tiempo la esperada? ¿Cuál es el número de modelo de su voltímetro?
Condensador cerámico simple 2.2uF. El tipo de voltímetro es UNIT-T M690 barato... no es importante ya que veo lo mismo en mi alcance.

Respuestas (2)

Puedo darle una respuesta a la pregunta 1 pero no a la pregunta 2.

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Después de la carga inicial, el estado final del capacitor es que tiene una diferencia de potencial de 3 V a través de él y una carga ± q en las dos placas como en el diagrama de la izquierda.

Cuando quita el capacitor del circuito, todavía tiene una diferencia de potencial de 3 V a través de él con el plato con el + q cargarlo al potencial más alto.

Reconectar el capacitor significa que la terminal de entrada al voltímetro está 6 V como se muestra en el diagrama de la derecha con una diferencia de potencial de 3 V a través del condensador.

Así que prefiero esperar que sea rápido (porque 0 la ausencia de cualquier resistencia) disuelve toda la carga negativa y gana las positivas, por lo tanto, reduce el potencial del capacitor a 0 - ya que la segunda placa lentamente (debido a la resistencia de 10Mohm del voltímetro) descarga su carga positiva.

No. Las cargas positivas en una de las placas del condensador se mantienen ahí por la carga negativa en la otra placa (y viceversa).
Entonces, si desea neutralizar ("disolver") esas cargas negativas, debe hacer lo mismo simultáneamente con las cargas positivas. Sin embargo, aunque no hay resistencia en la parte superior del circuito, sí la hay en la parte inferior: la resistencia del voltímetro.
Esto significa que el circuito who se comporta como si hubiera una batería, un condensador y una resistencia de 10 METRO Ω en el circuito, por lo que la constante de tiempo del circuito sigue siendo de un segundo.

Su segunda pregunta es más problemática y sin realmente "jugar" con el circuito, no puedo darle una razón de lo que sucedió.
En su circuito, el voltímetro actúa como un amperímetro con la lectura en la pantalla en 10 − 7 A por lo que parece tener una corriente constante de 1.5 × 10 − 7 A que fluye a través del circuito, lo que sugiere que el capacitor podría estar defectuoso?

Podrías intentar:

  • usando otro capacitor
  • después de desconectar el capacitor cargado, colóquelo directamente entre los terminales del voltímetro/CRO.
En primer lugar, creo que en el esquema del lado derecho, el voltaje en la tapa debería ser -3V ya que se invirtió. Lo que no entiendo es esto: si tenemos +/- Q en ambas placas del capacitor y de repente conectamos el terminal positivo a
0 V
¿Por qué el voltaje del capacitor no disminuye a -Q sino a -2Q? Por ejemplo, cargamos el condensador a 2 V, ahora el terminal positivo está en cortocircuito a 0 V, el otro se deja como estaba. El voltaje en la tapa es -4V no -2
@DannyS Debe usar el término diferencia de potencial (es decir, es un potencial en relación con otro) no voltaje, de lo contrario puede haber confusión. El cable de conexión en la parte superior es siempre 3 V más alto que el cable de conexión en la parte inferior debido a la presencia de la batería. Ahora agrega la placa negativa del capacitor al cable superior para que la placa sea 3 V más alta que el cable inferior. La placa positiva del capacitor es 3 V mayor que la placa negativa. Por lo tanto, la placa positiva es 6 V más alta que el cable inferior.
¿Está bien pensar en un capacitor cargado a 4V como si tuviera +2V en una placa y -2 en la otra, por lo que el potencial entre ellos es de 4V?
@ Sí. Una diferencia de potencial de 4 V entre las dos placas significa que, en relación con algún cero de potencial, el potencial de una placa es -400 V y el potencial de la otra placa es -404 V, o +321 V y +317 V, etc. .
Aquí hay un buen ejemplo de mi problema. Creo que i63.tinypic.com/zu14as.png La tapa se carga inicialmente a 4.4V cuando Q1 se enciende, hace un cortocircuito en la placa izquierda de C1 a tierra, lo que hace que su voltaje sea de -4.4V. Aquí está la pregunta ¿POR QUÉ? ¿Por qué si cortamos la placa izquierda a tierra y, por lo tanto, reducimos su potencial de +2.2 a 0, el voltaje neto de la tapa no es -2V, que es lo que queda en la placa del lado izquierdo?
@DannyS Inicialmente, Q1 está apagado, por lo que la placa izquierda de C1 está a +5 V en relación con la tierra y como Q2 está encendido, el voltaje a través del emisor base de Q2 es de 0,6 V. Entonces, el potencial de la base y la placa de la derecha de C1 está a +0,6 V, lo que conduce a una diferencia de potencial en C1 de 4,4 V con la placa izquierda al potencial más alto. Con Q1 encendido, el potencial de la placa izquierda de C1 se vuelve cero y, por lo tanto, la placa derecha se vuelve 4,4 V más baja que eso, es decir, -4,4 V.
Sí, pero ¿por qué es -4V? Si pensamos en términos de cargos no tiene sentido. La diferencia de potencial en ambas placas del capacitor ha sido de 4V +2.2V -||- -2.2V ahora cancelamos el lado de la mano lfet (+2.2V) a tierra, así que esperaría que lo que queda sea -2V de la placa derecha. Después de todo, la carga neta ahora es 0 -||- -2.2V, lo que da solo -2.2V. ¿Qué hay de malo en mi entendimiento?
@DannyS La diferencia de potencial a través del capacitor es de 4.4 V con la placa de la izquierda en el potencial más alto. Si la placa de la izquierda está hecha para tener un potencial de 0 V, la placa de la derecha debe tener un potencial más bajo, por lo tanto, a -4,4 V.
¿Qué pasa con los 1.5V finales, por qué es eso? ¿Significa que la corriente fluye constantemente a través de la tapa?
@DannyS He hecho un par de sugerencias sobre lo que debería intentar hacer.
Sí, los probé. La misma historia para diferentes condensadores. Y el voltaje a través de él también es 1,5V
@DannyS, ¿la fuente de alimentación es una batería o una fuente de voltaje?
Fuente de voltaje. Además, aunque agradezco sus respuestas, sigue evitando hablar de cargas en placas de condensadores. Supongamos que tenemos dos tapas cargadas inicialmente en serie, el voltaje efectivo entre ellas es de 6V. Tiene sentido para mí desde el punto de vista de KVL, pero no desde los cargos en las placas. Tienen la misma cantidad de ellos, por lo que en cualquier punto entre ellos siempre habrá +/- Q.
@DannyS La cantidad de carga está vinculada a la diferencia de potencial entre las placas del condensador, q = C V , por lo que si conoce la diferencia de potencial, sabe todo sobre la carga.
  1. Está conectando solo una terminal del capacitor, por lo que no puede fluir corriente y no se produce ninguna descarga.
  2. Debe ser una casualidad de su voltímetro. El voltaje debe descender a 0V nuevamente.
Completamente mal, tengo dos terminales conectados como se puede ver en el schamtic. En cuanto a la casualidad de mi voltímetro, también debe ser el caso de mi alcance, ya que muestra exactamente el mismo resultado.
Si no se requiere cortesía: está "completamente equivocado" al esperar que una sola placa "disuelva rápidamente todas las cargas negativas y gane las positivas, por lo tanto, reduzca el potencial del capacitor a 0". ¿Por qué hiciste este tonto experimento en primer lugar?
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