Explicación de demostración del condensador

Sé que para un capacitor cargado a medida que se separan las placas, el voltaje aumenta mientras que la capacitancia disminuye. Pero seguramente a medida que las placas se separan más y más, ¿la diferencia de potencial entre las placas o el voltaje no puede aumentar indefinidamente? ¿Dónde se detiene?

También, ¿alguien puede explicar más en detalle, tal vez con un esquema, la configuración que se ve en este video? https://www.youtube.com/watch?v=e0n6xLdwaT0

Especialmente si carga el condensador con una fuente de alimentación y luego desconecta la fuente de alimentación, ¿dónde se mide la corriente a medida que las placas se separan? Supongo que las placas no están conectadas eléctricamente, de lo contrario, el condensador se descargaría solo.

¿Crees que tu energía potencial no debería aumentar indefinidamente a medida que te alejas más y más de un cuerpo masivo como un planeta?
En la práctica, se detiene cuando el voltaje es lo suficientemente grande como para ionizar el aire alrededor de las placas del capacitor y descargar el capacitor de esa manera. El voltaje requerido para iniciar la descarga desde un punto afilado o una esquina en los conductores es de solo unos pocos kV.
@AaronStevens: Para ser justos, no aumenta indefinidamente, ya que existe la velocidad de escape.
@MichaelSeifert No estoy seguro de estar siguiendo. − 1 r es una función monótonamente creciente como r aumenta
Correcto, pero no aumenta sin límite. Supongo que depende de si interpretas "subir indefinidamente" como "aumentar monótonamente" o "hacerse arbitrariamente grande".
@MichaelSeifert Ah, está bien, ya veo lo que dices. Sí, no quise decir que el potencial aumenta sin límites. Estaba interpretando que significaba que a medida que te alejas más y más, tu potencial siempre aumenta, aunque a un ritmo cada vez más lento.
tomar la energía potencial gravitacional como comparación se siente extraño porque cuanto más se aleja una masa de otra masa, menos fuerza experimenta hasta un punto en el que la fuerza experimentada es tan insignificante que solo cuenta teóricamente, me resulta difícil creer que uno podría obtener en un rango de varios kV separando dos placas con una pequeña capacitancia.
El campo no será homogéneo si las placas se separan y la fuerza requerida disminuirá, similar al ejemplo de la gravedad/planeta.

Respuestas (2)

tomar la energía potencial gravitacional como comparación se siente extraño porque cuanto más se aleja una masa de otra masa, menos fuerza experimenta hasta un punto en el que la fuerza experimentada es tan insignificante que solo cuenta teóricamente

Lo mismo está pasando con las placas de carga.

A corta distancia (cuando la separación es mucho menor que el tamaño de las placas), el campo entre las placas es uniforme y el potencial aumenta linealmente con la distancia. Esto es análogo a cómo tratamos la energía gravitacional cerca de la tierra. El campo es casi uniforme, por lo que suponemos que la energía y el potencial aumentan linealmente con la altura.

A distancias mayores, ya no podemos suponer que el campo es uniforme y que el cambio de energía o potencial con el aumento de la distancia comienza a disminuir rápidamente. A grandes distancias, las fuerzas/campos gravitatorios/eléctricos tienden a cero.

Cuando las placas del condensador son pequeñas, la región lineal para separar las placas también será pequeña.

Creo que incluso podría fortalecer la última oración a "no importa cuán grandes sean las placas, la 'región lineal' será mucho más pequeña".
A grandes distancias (donde la distancia entre las placas es mucho mayor que el tamaño de las placas), el campo eléctrico alrededor del condensador es aproximadamente el mismo que el campo de dos cargas puntuales, por lo que la fuerza sigue una ley del cuadrado inverso. A distancias intermedias, el campo es algo intermedio entre las aproximaciones de "campo cercano" y "campo lejano".

Pero seguramente a medida que las placas se separan más y más, ¿la diferencia de potencial entre las placas o el voltaje no puede aumentar indefinidamente? ¿Dónde se detiene?

Cada placa de un capacitor cargado tendrá algo de carga. Cada placa también tendrá algo de autocapacitancia.

Dada esa autocapacitancia y esa carga, podemos encontrar el potencial de una placa aislada en relación con el infinito. Dado que la capacitancia de una placa aislada podría ser mucho menor que la capacitancia del capacitor del que formaba parte la placa, el potencial de la placa aislada podría ser muy alto en relación con el voltaje en el capacitor original, pero aún sería finito como sería un potencial de una esfera aislada de un tamaño similar.

Entonces, si seguimos separando dos placas de un capacitor cargado, a una distancia infinita, la diferencia de potencial entre ellas será igual 2 x del potencial de una placa aislada - no infinito.

También, ¿alguien puede explicar más en detalle, tal vez con un esquema, la configuración que se ve en este video? https://www.youtube.com/watch?v=e0n6xLdwaT0

El propósito de esta configuración es demostrar la relación entre la capacitancia, la carga en un capacitor y el voltaje en el capacitor, es decir, C = q V .

El circuito de la configuración se muestra a continuación:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El electroscopio (en la parte superior) se usa para medir el voltaje en el capacitor. El electrómetro (a la derecha) se usa para medir la corriente de carga y descarga.

En la primera parte del experimento (circuito izquierdo), la fuente de alimentación, ajustada a un 1 V, siempre está conectado al capacitor, lo que significa que el voltaje en el capacitor no cambia. Entonces, cuando cambia la distancia entre las placas del capacitor y, por lo tanto, cambia la capacitancia, el capacitor se carga o descarga, según la fórmula. Puede notar que, para los mismos ajustes de distancia, las corrientes de carga y descarga son más significativas cuando las placas están más juntas, ya que esto hace que los cambios relativos de la capacitancia sean mayores.

En la segunda parte del experimento (circuito derecho), el condensador se carga desde la fuente de alimentación a 1.5 V, después de lo cual se desconecta la fuente de alimentación, lo que significa que la carga en el capacitor permanecerá aproximadamente igual durante el experimento.

Cuando aumenta la distancia entre las placas, la capacitancia disminuye y, por lo tanto, según la fórmula, aumenta el voltaje, lo que indica el electroscopio.

Luego, cuando se inserta una lámina de un material dieléctrico entre las placas, la capacitancia aumenta, lo que hace que el voltaje disminuya.

Como se mencionó, se suponía que la carga en el capacitor en la segunda parte del experimento era constante, pero podemos ver que el electrómetro aún registra corrientes de carga y descarga significativas. Esto sucede porque la capacitancia del electroscopio no es despreciable en comparación con la capacitancia del capacitor, por lo que cuando cambia la capacitancia del capacitor, se produce cierta redistribución de la carga. Entonces, podemos decir que esta configuración no es perfecta, pero aún así demuestra las relaciones básicas de los capacitores.

Ok, ahora lo entiendo, eso era parte de la confusión porque no estaba seguro de cómo puede haber corriente para un capacitor que no está conectado a nada. Ahora me pregunto si se aplican los mismos principios para un capacitor de placas paralelas cuando tomamos una placa y la desliza hacia un lado, lo que significa que el área de superficie total entre las dos placas disminuye, ¿qué sucede con la carga esta vez? se acumula en el lado de la placa que mira hacia la placa opuesta? pero la carga total no cambia ¿verdad?
@Girts Si una placa se mueve hacia los lados, la capacitancia disminuirá. Dado un voltaje constante aplicado al capacitor, la carga disminuirá (fluirá de regreso a la fuente de alimentación), similar al caso cuando aumenta el espacio entre las placas: Q=CV.
@VF Durante el segundo experimento, ¿cómo se registra la carga que se mueve entre el capacitor y el voltímetro como una lectura en el microamperímetro? Eso requeriría que la corriente fluya a través del microamperímetro y, por lo tanto, la carga neta en las placas conectadas a través de los cables negros cambiaría y, sin embargo, las conectadas a los cables rojos no cambiarían.
@Farcher Tienes toda la razón. He actualizado el circuito para reflejar eso. Curiosamente, hice una nota mental sobre esto cuando estaba analizando el video, pero luego, de alguna manera, puse el amperímetro en el lado equivocado del grifo. Gracias por tus comentarios.
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