¿Por qué no podemos leer el voltaje entre solo un pin de un capacitor cargado y cualquier tierra? [duplicar]

Entonces conecté la sonda negativa a cualquier tierra universal (tierra, una gran placa de cobre, etc.) y, por conocimiento común, sé que no pude medir ningún voltaje, pero no pude entender la razón física de por qué.

El voltímetro solo puede medir el voltaje (diferencia de potencial) entre sus dos terminales. No sabe nada acerca de otros nodos en el circuito.

El capacitor solo controla el voltaje entre sus dos terminales. No influye en nada sobre ningún otro nodo en el circuito.

Digamos que carga el condensador a 9 V. Luego desconecta el condensador de tierra. Los dos terminales del condensador todavía están separados por 9 V, pero no hay nada que los mantenga en el potencial de tierra. Debido a que algunos electrones perdidos entran o salen del capacitor aislado debido al viento, etc., el potencial relativo a tierra podría variar en decenas o centenas de voltios.

Luego, cuando conecta el voltímetro como en su tercer diagrama, proporciona una ruta para una pequeña fuga desde la terminal superior del capacitor a tierra. Ahora ese terminal terminará muy cerca del potencial de tierra, y el otro terminal terminará en -9 V, porque el capacitor todavía (suponiendo que no haya fugas a través del dieléctrico) mantiene una diferencia de 9 V entre sus dos terminales.

De hecho, creo que la peor parte de tu pregunta es tu disculpa por hacer una "pregunta trivial". Tu pregunta es muy válida y no es trivial.

Si bien, de acuerdo con su convención de nomenclatura, un "voltímetro" debe mostrar una carga estática de portadores cuando se conecta a cualquiera de los terminales de un capacitor cargado (y la carga entre ellos, restando uno del otro), su multímetro en realidad no es un voltímetro . en absoluto.

Cuando los multímetros de producción están configurados para medir "voltaje", están configurados internamente para presentar una impedancia alta (pero no infinita) al circuito bajo prueba. Luego, el medidor mide la corriente a través de su carga interna para estimar el voltaje de circuito abierto del circuito (se puede argumentar que mide el voltaje a través de la carga, pero el resultado es el mismo, ya que la corriente/voltaje a través de cualquier impedancia real, no infinita están inherentemente vinculados).

Debido a que no hay una ruta completa para la corriente en su circuito, el medidor solo "ve" un paso transitorio de electrones a través de la carga, luego los potenciales estáticos se equilibran en el medidor y no fluye más corriente, por lo que no se registra ningún voltaje.

Si un "voltímetro" realmente midiera el voltaje de circuito abierto "verdadero" (como un electroscopio), entonces su circuito funcionaría bien y el electrodo conectado a tierra de su medidor estaría funcionando como "tierra de referencia", en lugar de su función actual como "circuito roto".

El voltaje es la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito. Si solo lo conecta a un lado del capacitor y el otro lado está desconectado, entonces no hay circuito. No importa a qué tipo de 'tierra' esté conectado el lado negativo del voltímetro (podría ser la Tierra, una placa de cobre, un cable corto, nada). La carga en el capacitor no puede desviar el voltímetro porque no hay forma de que alcance la terminal negativa del voltímetro.

Esto se puede probar observando una configuración del mundo real en la que hay un camino hacia la terminal negativa del voltímetro. Entre los componentes adyacentes siempre habrá algo de capacitancia (a menos que estén separados por una distancia infinita), por lo que un circuito práctico en realidad se ve así:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

¿Qué sucede en este circuito? Como ahora tenemos un circuito completo, la corriente puede fluir desde C1 hacia abajo a través del voltímetro a través del suelo y regresar a C2, cargándolo. C2 es un millón de veces más pequeño que C1, por lo que solo se necesita mover una pequeña cantidad de carga para que los voltajes en C1 y C2 se igualen. Por lo tanto, C1 perderá un poco de voltaje, mientras que C2 se cargará hasta el mismo voltaje (ligeramente reducido).

La corriente fluirá a través del voltímetro a medida que C2 se carga, por lo que mostrará una desviación momentánea. Sin embargo, una vez cargado, el voltaje en C2 es positivo en el extremo de tierra, por lo que desde el punto de vista del voltímetro, los voltajes en C1 y C2 se cancelan y se lee cero voltios. Ahora imagine que C1 se mueve más lejos del plano de tierra para que C2 sea más pequeño y tenga menos carga. La desviación inicial del voltímetro también se reduce. En un circuito teórico sin capacitancia a tierra, el voltímetro siempre leerá cero.