Cuando se conecta un capacitor a una batería, la corriente comienza a fluir en un circuito que carga el capacitor hasta que el voltaje entre las placas se vuelve igual al voltaje de la batería.
Dado que entre las placas de un capacitor hay un aislante/dieléctrico, ¿cómo es posible que fluya corriente en un circuito con un capacitor ya que de acuerdo con la ley de Ohm, la corriente es inversamente proporcional a la resistencia y un aislador por definición tiene una gran resistencia, entonces básicamente tiene un circuito abierto?
Dado que se trata de una q y una física, es necesaria una explicación física.
Hay dos tipos de corriente.
La corriente de conducción es un flujo neto de cargas. Es en lo que la gente suele pensar cuando se usa la palabra "actual".
La corriente de desplazamiento es otra forma de corriente, reconocida por primera vez por Maxwell. La corriente de desplazamiento juega un papel esencial en las ecuaciones de Maxwell. La densidad de corriente de desplazamiento es proporcional a la derivada temporal del cambio de densidad de flujo eléctrico.
Cuando la corriente de electrones fluye hacia un lado de un capacitor, los electrones se acumulan, ya que no hay lugar para que vayan. A medida que los electrones se acumulan, la densidad de flujo eléctrico cambia. Esto provoca, o tal vez "es" una corriente de desplazamiento.
En la placa opuesta del capacitor ocurre un proceso similar, pero con polaridad eléctrica opuesta.
La corriente de desplazamiento fluye de una placa a la otra, a través del dieléctrico cada vez que la corriente entra o sale de las placas del condensador y tiene exactamente la misma magnitud que la corriente que fluye a través de los terminales del condensador.
Uno podría suponer que esta corriente de desplazamiento no tiene efectos reales aparte de "conservar" la corriente. Sin embargo, la corriente de desplazamiento crea campos magnéticos al igual que la corriente de conducción.
Esta respuesta es quizás más de lo que uno quisiera saber, pero es parte de la historia de la electricidad que vale la pena contar.
¿Cómo es posible que fluya corriente en un circuito con capacitor ya que según la ley de Ohm la corriente es inversamente proporcional a la resistencia y el aislador por definición tiene una gran resistencia, entonces básicamente tenemos un circuito abierto?
La respuesta corta es porque los electrones pueden fluir hacia y desde un capacitor sin que los electrones tengan que pasar a través del aislamiento entre las placas. Se ofrece la siguiente explicación cualitativa:
Suponiendo que el capacitor no está inicialmente cargado, entonces, antes de que se conecte a la batería, cada placa de metal tiene la misma cantidad de protones (carga positiva) y electrones altamente móviles (carga negativa), de modo que cada placa es eléctricamente neutra y no hay voltaje ( diferencia de potencial) entre las placas.
Cuando el condensador está conectado a una batería, el terminal positivo de la batería atrae electrones de la placa conectada a él y los mueve hacia el terminal positivo de la batería. Esto deja un déficit de electrones en esa placa haciéndola cargada positivamente.
Simultáneamente, el terminal negativo de la batería suministra una cantidad igual de electrones a la placa conectada a él, lo que le da un excedente de electrones que hace que la placa se cargue negativamente.
Este movimiento de electrones de una placa al terminal positivo de la batería y del terminal negativo de la batería a la otra placa es la corriente del capacitor. Tenga en cuenta que los electrones no viajan a través del material aislante (dieléctrico) entre las placas.
Se puede pensar aproximadamente en términos de que los electrones son "arrancados" de una placa y "empujados" hacia la otra por la fuerza del campo eléctrico producido por la batería, pero que las cargas se "pegan" en las placas porque no pueden pasar el dieléctrico aislante.
Eventualmente, como parece que ya sabe, la batería deja de mover electrones entre las placas cuando la diferencia de potencial entre las placas es igual a la de la batería.
Espero que esto ayude.
La eliminación de electrones de la placa del capacitor conectada al terminal + constituye una corriente. A medida que se eliminan esos electrones para esa placa, hay una acumulación de electrones en la otra placa. Ese movimiento de electrones constituye una corriente.
La corriente se detiene cuando los potenciales de las placas del condensador son iguales a los potenciales de los respectivos terminales de la batería. Esto no sucede instantáneamente, sino que tiene un comportamiento temporal porque el transporte de electrones hacia y desde el capacitor requiere tiempo, y los potenciales dependen del desequilibrio de carga de las placas.
La presencia de un capacitor de placas paralelas significa que en parte del circuito (solo una pequeña parte; los capacitores rara vez tienen un espacio de más de un milímetro) no hay movimiento de electrones, solo una acumulación de campo (acompañado por electrones si el condensador no es del tipo de vacío). Esto es problemático, porque hay una manera simple de detectar corriente, que es observar el campo magnético que crea la corriente, y PARTE del circuito ahora ya no tiene corriente.
El hecho es que la 'corrección' del campo magnético no existe. La ecuación de Maxwell relevante para la corriente que crea magnetismo tiene un término agregado a la corriente de desplazamiento de corriente , que es la tasa de cambio del campo eléctrico (como el campo dentro del dieléctrico de un capacitor). Esa adición a la ecuación no solo es necesaria para los circuitos, tiene el efecto secundario adicional de que un campo eléctrico cambiante crea un campo magnético, incluso sin partículas cargadas en movimiento.
Ese término en la ecuación es por qué las ondas electromagnéticas (luz) viajan en el vacío. Y, por qué la carga de un capacitor es (en nuestras mediciones) indistinguible del flujo continuo de corriente en un circuito.
Literalmente, podemos ver brillar el sol, porque la brecha de un capacitor en un circuito no se distingue de la corriente continua a través de un circuito.
De hecho, un condensador bloquea la corriente continua (CC). Sin embargo, puede fluir una corriente alterna (CA) apreciable cuando el período de oscilación es menor que el tiempo de carga del capacitor.
Bombear electrones en una placa de un capacitor hace que los electrones sueltos en la otra placa sean repelidos cuando "ven" los otros electrones que entran. Esto hace que un breve pulso de electrones fluya fuera de una placa cuando los electrones fluyen hacia la otra y la pueblan. lámina. Para placas grandes, este pulso breve es largo y para placas pequeñas, el pulso breve es corto.
Esto significa que pulsos breves de corriente alterna pueden fluir fácilmente a través de un capacitor, mientras que la corriente continua de estado estable está completamente bloqueada.
Una capacidad (condensador) puede cargarse inicialmente durante la acumulación transitoria de carga en el condensador al cerrar el circuito. Típicamente:
Con:
: Resistencia del circuito.
: Valor de la capacidad.
De hecho, también resulta ser el mecanismo detrás de la habilidad de la capacidad para dejar pasar la componente variable en el tiempo de una señal (corriente inducida por la variación de una carga en los lados de una capacidad), mientras bloquea la componente constante de la misma. .
Darío Mirić