Condensadores y comprensión de circuitos simples.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. Circuito de OP redibujado de manera más convencional.

Entiendo que si cierro el interruptor A, crearé un camino completo para que fluyan los electrones, por lo que el capacitor se cargará.

• Olvidémonos de los electrones por ahora y solo hablemos de la corriente convencional. La dirección del flujo de corriente se acordó como positiva a negativa antes del descubrimiento del electrón (por JJThomson descubierto en 1897) y nos hemos quedado con la convención, pero tenemos en mente que en realidad es un flujo de electrones en la otra dirección.

• Estás en lo correcto. Si se presiona A, C cargará a través de R1. Después de una constante de tiempo RC¹, el capacitor se cargará al 63%, después de 3RC alcanzará el 95% y después de 5RC será el 99% del voltaje de la batería.

• Si ahora se libera A, el capacitor mantendrá su carga (aunque cualquier fuga interna y la resistencia del voltímetro, si está conectada, lo descargarán lentamente).

Si el capacitor tiene ahora un voltaje (9 V) y cierro B, ¿por qué se descargaría el capacitor?

Porque ha conectado ambos lados del capacitor a través del interruptor B. Esto significa que el potencial o voltaje en ambos lados debe ser el mismo. Si no es así, la carga fluirá (creando una corriente) hasta que el voltaje sea cero.

¿No se descargaría el condensador de todos modos sin cerrar B? (¿Ya hay una ruta completa?)

No. Con el voltímetro fuera del circuito y ambos interruptores abiertos, no hay un "circuito" o ruta completa.

¿Cuál es el camino exacto que seguirán los electrones cuando B esté cerrado? (visualmente)

La corriente (convencional) fluirá desde la parte superior de C1 a través de B hasta la parte inferior de C1. Los electrones en realidad fluirán en la dirección opuesta.

¹ La constante de tiempo RC o$\tau$se encuentra multiplicando R y C. En su circuito esto es

Entonces, el capacitor estará cargado al 99% en 5 s.

El tiempo de descarga estará determinado por la resistencia en serie interna de C1 y la resistencia del interruptor B cuando está cerrado. Digamos que la suma de estos resultó ser 1 Ω, entonces la constante de tiempo de descarga sería$\tau = RC = 1 \times 1m = 1~ms$. Sin embargo, hay un pequeño problema a tener en cuenta: si C1 se carga a 9 V, entonces el flujo de corriente inicial será$I = \frac {V}{R} = \frac {9}{1} = 9 ~A$. Si el interruptor no es robusto, los contactos se arquearán y eventualmente se quemarán. Un circuito práctico tendría una resistencia en serie con B para limitar la corriente a un valor seguro. por ejemplo, 10 Ω limitaría la corriente de descarga a 0,9 A. Te dejaré calcular el tiempo de descarga.

Imagine el condensador como una batería recargable. Cuando se presiona el botón A, carga el capacitor, pero una vez que el capacitor se llena, deja de cargar (no se detiene abruptamente, se ralentiza exponencialmente. La resistencia determina la velocidad).

Ahora, en realidad, el capacitor perderá su carga naturalmente con el tiempo, pero no existe un circuito completo oficial. El lado superior del capacitor está cargado y quiere dar la vuelta al otro extremo del capacitor. Sin el botón B presionado, no hay forma de hacerlo.

Cuando B está cerrado, la corriente pasará a través del botón y alrededor del otro extremo del capacitor. A continuación, el condensador se descarga.

Ahora bien, esto es actual que estoy hablando. Los electrones van en sentido contrario.

Aquí hay una secuencia visual de eventos.

(Lo siento si es largo. Aquí no acepta gifs)