¿Por qué los circuitos del inductor del condensador oscilan en lugar de alcanzar el equilibrio?

Cuando el condensador está completamente cargado, hay una diferencia de potencial entre sus polos y eso crea una corriente.

Esta corriente crearía un campo magnético que está cambiando en el inductor (porque la corriente cambia debido al capacitor), creando un EMF en el circuito.

¿La fem de este inductor no contrarrestaría el capacitor de descarga y realmente lo cargaría? / evitar que el condensador se descargue por completo?

Por lo que entiendo, la corriente del capacitor disminuye exponencialmente, el EMF creado por el inductor aumentaría exponencialmente.

En algún momento, la EMF del inductor debe ser mayor que la diferencia de voltaje entre los polos del capacitor, y eso puede no ser así cuando el capacitor está completamente descargado.

¿Alguien puede explicar por qué el capacitor se descarga completamente antes de que el inductor comience a crear una corriente en la dirección opuesta?

Respuestas (3)

¿La fem de este inductor no contrarrestaría el capacitor de descarga y realmente lo cargaría? / evitar que el condensador se descargue por completo?

Al inductor no le importa cuál es el estado de carga del capacitor. Todo lo que le importa es qué tan rápido cambia la corriente a través de él, y genera un voltaje de retorno de acuerdo con la ecuación V=L*dI/dt. Puede pensar en un inductor como dando "impulso" a la corriente. Si la corriente es cero, entonces quiere mantener la corriente cero. Si la corriente no es cero, quiere mantener la corriente en ese mismo valor distinto de cero. Si la corriente aumenta, genera una contratensión que actúa en dirección opuesta al flujo de corriente.

La analogía que me gusta usar es un circuito de tuberías de agua en el que los inductores están representados por una hélice pesada en una tubería de agua. Si el flujo de agua se enciende repentinamente, la hélice pesada inicialmente resiste el flujo de agua. Pero con el tiempo, la hélice gira más rápido en respuesta al flujo de agua. Si el flujo de agua que pasa por la hélice se reduce, la hélice pesada resiste la disminución del flujo de agua porque ahora gira rápidamente e intenta continuar empujando el agua a través de la tubería. Esto es análogo a cómo un inductor resiste los cambios en el flujo de corriente eléctrica a través de él.

Usando esta analogía del circuito de agua, un capacitor se puede representar como una sección de tubería que tiene una membrana de goma estirada en el interior. Si empuja agua en un extremo de esta sección de tubería, la membrana de goma se estira y crea una contrapresión que resiste los intentos de empujar más y más agua hacia ella. Si luego deja de aplicar presión de agua a ese lado de la sección de la tubería, la membrana de goma vuelve a su posición plana de equilibrio, empujando el agua hacia afuera por el mismo lado de la tubería por el que intentaba empujar el agua hacia adentro. Esto es de manera análoga a cómo un capacitor "empuja hacia atrás" con un voltaje de retorno cuando empuja una carga eléctrica hacia un capacitor.

Si construye un circuito eléctrico cerrado con esta hélice pesada (que representa el inductor) y la sección de tubería de membrana de caucho (que representa el capacitor), entonces debería poder ver cómo se puede configurar una oscilación de agua resonante en el circuito. . Imagine que la sección del tubo de la membrana de caucho se "carga" forzando el agua hacia un lado. Cuando libere la presión aplicada, el agua fluirá más allá de la hélice pesada, que luego acelerará y tratará de mantener un flujo de agua constante. Sin embargo, a medida que el agua fluye más allá de la hélice pesada y hacia el otro lado de la sección del tubo de la membrana de caucho, la membrana de caucho vuelve a su posición de equilibrio y luego comienza a estirarse en la dirección opuesta. Eventualmente,

En resumen, con esta analogía tenemos lo siguiente:

electrical current      <-> water flow
voltage                 <-> water pressure
inductor                <-> heavy propellor
capacitor               <-> rubber membrane pipe section

Con suerte, visualizar las cosas de esta manera puede brindarle una comprensión intuitiva de cómo un capacitor y un inductor funcionan juntos para formar un circuito resonante.

Esta es una gran explicación de lo que sucede. Entonces, cuando la corriente aumenta, el inductor la desacelera, pero cuando la corriente disminuye, el inductor la acelera.
@Vlad K - Eso es básicamente correcto. Si la corriente aumenta, el inductor genera un contravoltaje para tratar de evitar que aumente. Si la corriente está disminuyendo, el inductor está generando un contravoltaje para tratar de evitar que disminuya. Es similar a lo que intenta hacer la hélice pesada en una tubería de agua con el flujo de agua. Tanto el inductor como la hélice pesada intentan mantener el statu quo para la corriente eléctrica y el flujo de agua, respectivamente.

Solo una respuesta simple: no hay nada que disipe energía. Si hubiera una resistencia en el circuito, disiparía la energía en forma de calor. Los inductores y capacitores no disipan energía. La energía simplemente va y viene entre almacenarse en el campo magnético y almacenarse en el campo eléctrico. Es como un sistema de resorte-masa, donde la energía va y viene entre almacenarse en el resorte y almacenarse en la energía cinética de la masa.

Entendí esa parte, pero estaba confundido en cuanto a por qué un equilibrio entre el inductor debido a la corriente / fem que induce su campo magnético cambiante y la corriente que crea el capacitor.
@VladK, si hay un voltaje en un inductor, la corriente del inductor debe estar cambiando; si hay una corriente a través de un capacitor, el voltaje del capacitor debe estar cambiando. Para alcanzar un equilibrio, el voltaje y la corriente a través de cada uno deben ser cero al mismo tiempo. Pero esto significaría energía cero y, como señala Mike, esto es imposible si no hay disipación en el circuito y hay energía inicial (y ha especificado que hay energía inicial almacenada en el capacitor).

El inductor nunca crea una corriente en la dirección opuesta. Un inductor crea un EMF para contrarrestar el campo B cambiante (ley de Lenz). El campo B está cambiando porque la corriente en el inductor está cambiando. Tan efectivamente, el inductor resiste los cambios en la corriente. Entonces, inicialmente, el capacitor intenta descargarse con fuerza, pero el inductor lo frena. Una vez que el capacitor puede conducir la corriente, esa corriente no quiere detenerse. Entonces, una vez que el capacitor está completamente descargado, la corriente sigue fluyendo ya que el inductor resiste un cambio en la corriente. Eventualmente, esta corriente invierte la carga en el capacitor, lo que reduce la velocidad hasta que llega a 0. En este punto, si no hay pérdida de energía, el capacitor se carga exactamente con la carga opuesta ya que toda la energía al principio y al final de este medio ciclo está en el capacitor y es igual. Entonces sucede lo contrario, vuelves al principio y el ciclo se repite.

¿Pero el EMF que crea el inductor no causaría una corriente propia? Si es solo el campo magnético cambiante que induce una corriente en el cable, ¿qué efecto tiene el EMF establecido en el circuito?
El EMF que crea el inductor ralentiza la carga empujada desde el condensador hacia abajo. A medida que la carga se mueve a través del inductor, tiene que subir una rampa de potencial (la FEM inducida) perdiendo energía cinética hasta que se detiene en el extremo opuesto de la rampa.