¿Qué sucede si usa una batería para cargar completamente un capacitor y luego desconecta la batería? ¿A dónde 'va' la carga?

El título realmente lo dice todo, pero creo que dado que la batería está desconectada, ahora hay un 'circuito abierto'. Sé que la carga solo puede fluir si el circuito está completo (cerrado).

Pero la parte que me desconcierta aquí es, ¿qué hay para evitar que los electrones de la placa del condensador con carga negativa 'fluyan de regreso' a donde estaba ubicado antes el terminal negativo de la batería?

Actualizar:

Las respuestas hasta ahora parecen indicar que estoy preguntando "dónde" iría la carga si el circuito se cerrara nuevamente (después de desconectar la batería), completando el circuito con una pieza de metal o incluso con usted mismo. Esto no es lo que estoy preguntando; Estoy preguntando a dónde iría la carga si el circuito se dejara abierto (todavía sin batería conectada).

He agregado un esquema a continuación para aclarar lo que realmente estoy preguntando. Pero en pocas palabras, ¿permanecería la carga en la (s) placa (s) del condensador o habría alguna 'fuga' o 'reflujo' de carga fuera de las placas cargadas?

Condensador antes y después de cargar

Para estar seguro, ¿qué quiere decir con "cargar"? Si un condensador se carga con una batería, el condensador sigue siendo eléctricamente neutro. La batería ha cedido parte de su energía almacenada al capacitor (y parte al calor). No hay carga eléctrica almacenada en el capacitor, solo energía eléctrica a través de la separación de carga. ¿Está preguntando a dónde va la energía almacenada en el capacitor cuando se desconecta la batería?
@AlfredCentauri Por 'cargar' digo conectar una batería a través de un condensador de placa paralela, lo que, que yo sepa, conducirá a una acumulación de electrones (carga) en la placa directamente conectada al terminal negativo de la batería. (Sé que el capacitor es eléctricamente neutro en general, es por eso que solo estoy considerando una de las placas).
La carga puede existir sin que "fluya".
Re la edición: realmente no puedes desconectar el condensador del resto de la realidad. Durante un tiempo suficientemente largo, la carga se filtrará al aire (o cualquier dieléctrico) entre las placas y neutralizará la diferencia de carga entre las placas, o encontrará un camino a tierra (como a través de usted, si lo toca) .
Puedo dar un ejemplo práctico: Estuve jugando y experimentando con condensadores hace unas semanas y dejé un condensador de 470 μF cargado a unos 100 mV. Revisé el voltaje ahora y sigue siendo de 100 mV. Por lo tanto, la fuga fue insignificante.
@Pete Sí, este es exactamente el tipo de respuesta/comentario que he estado buscando, así que esto es lo que quieren decir en los libros de texto cuando escriben cosas como "mantener fijo el voltaje/la carga " . Muchas gracias por este ejemplo.
La escala de tiempo en la que se produce la fuga depende del material dieléctrico. Las fugas ocurren absolutamente y no siempre son insignificantes.
Solo mis dos centavos aquí: todos los comentarios aquí sobre fugas dieléctricas son una complicación innecesaria. La pregunta de OP (según tengo entendido) no está respondida ni iluminada por una fuga dieléctrica.
@AlfredCentauri Exactamente, nunca dije una palabra sobre la colocación de un dieléctrico entre las placas, de hecho, esto se puede ver en los diagramas debajo de la actualización de mi pregunta.
@N.Ginlabs: "Fuga dieléctrica" ​​no requiere que se inserte un material dieléctrico en el capacitor. El aire y el vacío también son dieléctricos en lo que respecta a las fugas dieléctricas.
Desafío del marco: ¿Por qué dices que la carga "va" a alguna parte? Cuando la batería está presente, la densidad de electrones a lo largo del camino, incluida la placa cargada negativamente, aumenta. De manera similar, disminuye la densidad de electrones a lo largo del camino e incluida la placa cargada positivamente. Cuando quitas la batería, la densificación y el enrarecimiento persisten: ya era más denso en el contacto negativo y ya estaba enrarecido en el contacto positivo.
Por favor, no agregue EDIT, edite. Escriba la mejor presentación que pueda en el momento de la edición, sin importar cómo se veía una publicación. (Pero no edite de una manera que invalide las respuestas razonables publicadas).
@philipxy ¿De qué estás hablando? Mi 'edición' no dejó obsoletas las respuestas ya dadas. Es por eso que usé la palabra "actualizar" en lugar de "editar", ya que la actualización aborda las respuestas dadas hasta ahora: una actualización no invalida las respuestas preexistentes.
El significado es: "No escriba literalmente la palabra EDITAR o ACTUALIZAR y luego algunos cambios que cambien los párrafos anteriores". Simplemente reescribe la pregunta. Quien quiera ver la versión anterior, puede hacerlo fácilmente en el historial de edición.
No dije que editaste de manera invalidante. Solo mencioné eso, entre paréntesis, como otra cosa a tener en cuenta al editar. Agregar "ACTUALIZAR" o "EDITAR" es lo mismo. Mi punto era, no hagas eso, sino "Escribe la mejor presentación que puedas en el momento de la edición sin importar cómo se veía una publicación". Cómo preguntar Centro de ayuda Física Meta Meta Stack Exchange

Respuestas (9)

La carga no irá a ninguna parte y el condensador permanecerá cargado hasta que cortocircuite las placas del condensador. Donde antes había un terminal de batería, ahora hay un aislante y eso detiene los electrones.

Además, la terminal estará hecha de metal que tiene una capacitancia insignificante, por lo que no puede almacenar cantidades significativas de carga.

Y no se toma carga neta de la batería. La batería empujará electrones de una de las placas del condensador a la otra.

Con respecto a su actualización: un condensador perfecto teórico nunca perderá voltios. Un capacitor real siempre perderá voltios porque el aire tiene cierta conductancia y también lo hace cualquier dieléctrico que se use para separar las placas. Aunque un capacitor práctico perderá voltios, la pérdida puede ser lo suficientemente pequeña como para que no se descargue en años.

Hola, gracias por la respuesta, ¿a qué te refieres con "corto los platos"?
Es la jerga eléctrica para "conectar el terminal positivo con el terminal negativo".
Eso es lo que pensé que era la definición de una batería en un circuito; Quiero decir, ¿el terminal positivo y el terminal negativo están conectados correctamente (a través de una batería)?
Este. En un circuito electrónico real, habrá una ruta de corriente para descargar intencionalmente la tapa cuando se desconecte la fuente de alimentación. De lo contrario, la carga almacenada en un capacitor de alto voltaje de gran valor puede matarlo con la misma eficacia que meter los dedos en una toma de corriente, incluso horas después de que se apagó el circuito.
@N.Ginlabs Un cortocircuito (es decir, "corto[ing] las placas") es, en pocas palabras, cuando los terminales positivo y negativo están conectados sin nada entre ellos. Una batería en el circuito estaría entre los terminales, por lo que esta configuración no es un cortocircuito.
@N.Ginlabs: "Corto" significa conectarse directamente con un cable. (O un cable real con resistencia e inductancia pequeñas pero distintas de cero, por lo que obtiene corrientes enormes pero finitas durante muy poco tiempo, o en teoría con un cable ideal).
Un punto menor para agregar con respecto al comentario sobre la carga neta de la batería: si bien es cierto que la carga neta permanece igual, la batería se agotará a medida que extraiga trabajo moviendo las cargas, por lo que la energía potencial se trasladará al capacitor.
@PeterCordes Entonces, ¿un cable ideal le daría corrientes infinitas por tiempo cero?
@DanHenderson: si no hay resistencia en serie o inductancia de otros componentes, sí. Obviamente, eso es físicamente imposible incluso con un superconductor porque habrá inductancia incluso en un cable recto, lo que conducirá a un oscilador LC de alta frecuencia que irradia algo de energía. En general, solo tiene sentido hablar de cables/conexiones ideales cuando hay otros componentes ideales en el circuito para evitar infinitos/singularidades o máquinas de movimiento perpetuo cuando se conectan perfectamente dos puntos para que estén al mismo voltaje, es decir, en casos aparte de este.
El cortocircuito desvía una carga (haciendo así que el circuito sea más corto). El mejor término cuando no hay carga es cerrar el circuito. Pero a la gente le gusta decir corto.
En general, el problema radica en la falta de contexto. Las expresiones cortas no tienen ningún sentido. Para que se entienda correctamente, debe describir en detalle cada pequeño elemento del sistema y establecer cada suposición, qué le sucedió, etc. Lleva mucho tiempo, pero esta es la forma de evitar confusiones. Y evitar suposiciones también es importante, solo aumentan el desorden. En un mundo "ideal" no habría malentendidos y cada pregunta tendría al menos 10000 palabras explicando correctamente cuál es el problema.
@DanHenderson Sí, pero el mundo real no tiene cables ideales. Incluso un poco de no idealidad uno en un billonésimo lo convertirá en una corriente finita durante un tiempo finito.

Nada los detendrá, y lo hacen: los cables del condensador ahora desconectados se cargan exactamente al mismo voltaje que las placas del condensador. Esto significa que si tuviera que agarrar esos cables en sus manos, recibiría una descarga eléctrica total de la carga almacenada en las placas.

Es por eso que las tapas grandes siempre deben tener una correa de cortocircuito cuando no están conectadas a un circuito.
@JonCuster, sí, sí. de lo contrario, uno corre el riesgo de morir exponencialmente a medida que se descarga la tapa.
@nielsnielsen Sí, pero al desconectar la batería, el circuito está abierto, ¿verdad? Lo siento, esto suena vago, pero no estoy seguro de cómo expresarlo mejor.
Para una capitalización lo suficientemente grande, existe un riesgo real de morir de forma bastante repentina (más función de Heaviside, no exponencial…).
@N.Ginlabs: Sí, el circuito está abierto, lo que impide que fluya una corriente persistente . El impacto que recibes cuando las placas del capacitor se igualan a través de ti no es persistente; se detiene una vez que el desequilibrio de carga ha desaparecido.
Cuando éramos niños, solíamos sacar los condensadores de las bombillas de flash de alto voltaje cargados de las cámaras desechables (¿alguien las recuerda?) y, como broma, los metíamos en la camisa de la gente por detrás: una forma realmente tonta de darle a alguien una sorpresa de 300 V.
¡Siempre es agradable ver un debate sobre qué función matemática describirá exactamente tu muerte!
@NORTE. Gin labs: el circuito está abierto, por lo que la carga permanece en el condensador (y un poco en los cables) hasta que algo (usted, en este ejemplo) cierra el circuito. Piensa en la otra mitad: ¿qué sucede con la carga de la batería cuando la desconectas del capacitor?
@J... Simplemente conecté dos cables a la tapa dentro de la cámara, para poder repetir esta travesura muchas veces, con diferentes voltajes. Era fácil saber qué tan llena estaba la tapa, dependiendo de qué tan alto fuera el ruido de carga.
Mientras visitaba un laboratorio, presencié un accidente cuando un joven trabajador de verano estaba desmontando una máquina de RMN muy vieja que no se usó durante años. ¡Maldición!
o una resistencia de descarga, como se ve con frecuencia en las fuentes de alimentación conmutadas para que las personas no se sorprendan con la tapa lateral primaria a través de los cables expuestos de un cable de alimentación desconectado.
@nielsnielsen [muere exponencialmente]
¡Adivina qué más actúa como un gran condensador, cargado a unos 25000 voltios! Sí, los tubos de imagen de los televisores y monitores de computadora antiguos. Así que no juegues con televisores viejos a menos que sepas lo que estás haciendo. Tengo un destornillador viejo con un cable soldado con una pinza de cocodrilo en el otro extremo para este propósito. También coloque una resistencia de 1 ohm en línea para que las descargas sean menos 'emocionantes'.
¡Tuve dos marcas de quemaduras de la terminal de un capacitor durante meses después de que hicimos un laboratorio de máquinas eléctricas en la universidad y alcancé un capacitor completamente cargado que alguien había dejado sentado en el banco donde estaba escribiendo el experimento! También un hombro muy dolorido ya que el impacto hizo que mi brazo volara hacia atrás violentamente.

El medio dieléctrico entre las placas no es perfecto, una corriente continua permitirá que la carga se filtre entre las placas reduciendo la diferencia de voltaje almacenada a cero con el tiempo. La fuga (o "resistencia de aislamiento") puede ser un parámetro importante al seleccionar condensadores en una aplicación eléctrica.

También vea por ejemplo esto .

Gracias por la interesante respuesta, aunque nunca dije nada sobre poner dieléctrico entre las placas; sólo hay un vacío entre las placas.
Si bien puede tener algún valor señalar cosas como esta en un comentario, sinceramente, no veo cómo esta respuesta va al corazón de la pregunta de OP tal como la entiendo.
@AlfredCentauri Bueno, el OP escribe "condensador" en el título; y un capacitor no son dos placas en el vacío, un capacitor (como se usa en un aparato eléctrico o electrónico) consta de dos placas/electrodos con un medio dieléctrico. En ningún lugar de la pregunta, el OP escribe que lo que realmente quiere decir es lo que sucede con dos placas de metal desnudas en el vacío ... pero seguro que esa es otra pregunta que requiere otra respuesta si es así :)
bjornw. a menudo ocurre, particularmente en una pregunta como esta, que "condensador" significa condensador ideal o al menos una buena aproximación del mismo. Si fuera el caso de que la pregunta de OP solo puede responderse en el contexto de un condensador físico no ideal, entonces aceptaría su punto como tomado. Pero ese no es el caso, ¿verdad?
Si estamos en el mundo no ideal, el vacío no es un aislante perfecto.

¿Qué hay para evitar que los electrones de la placa del capacitor cargada negativamente 'fluyan de regreso' hacia donde se encontraba antes el terminal negativo de la batería?

"Volverá a fluir" y, por lo tanto, todo el cable (+ la placa del condensador) está cargado. Es por eso que recibirá una descarga eléctrica al tocar cualquier parte del cable o placa. Otra forma de verlo es que el cable y la placa tienen el mismo potencial eléctrico.

Puedes tener una idea de esto con el electroscopio de pan de oro. Toda la hoja sube cuando está cargada.

¿Por qué dices que la carga fluirá hacia atrás para que el cable se cargue? Tengo entendido que el cable conectado a la placa negativa está cargado negativamente antes de que se desconecte la batería. ¿Es su comprensión diferente a la mía?
@AlfredCentauri Estoy contigo en eso. A menos que los cables se acerquen al desconectarse, la carga en ellos no cambiará.

Sé que la carga solo puede fluir si el circuito está completo (cerrado).

Esta es una simplificación un poco excesiva que puede encontrar en libros de física descuidados. Para que haya una corriente constante , debe tener un circuito cerrado. Pero puede tener un flujo de corriente transitorio (no constante) en otras situaciones. Por ejemplo, la carga en un conductor se reorganizará de modo que el campo eléctrico en el conductor sea cero; durante el tiempo en que el conductor alcanza el equilibrio, la corriente fluye, aunque no haya un circuito cerrado.

En este caso,

(a) el dieléctrico entre las placas del condensador nunca es un aislante perfecto en realidad, por lo que con el tiempo la carga fluirá de una placa a la otra y neutralizará el desequilibrio de carga entre las placas.

y

(b) el movimiento aleatorio de los electrones y la fuerza repulsiva de otras cargas en la placa del capacitor tenderán a significar que los electrones se alejarán de la placa y se redistribuirán a lo largo de cualquier conductor conectado a la placa del capacitor, y finalmente llegarán a tierra.

No entiendo lo que tienes en mente en tu sección (b). En particular, el "finalmente trabajando en su camino a tierra". ¿Podría dar más detalles sobre eso? Me parece que si los electrones de la placa negativa llegaran a tierra, el condensador quedaría con una carga positiva neta.
@AlfredCentauri Puede que no lo haya expresado bien, pero no creo que esté diciendo nada profundo. Si hay algún camino perdido a tierra, la carga puede fluir desde el capacitor a tierra.
@Andrew Gracias por la respuesta, pero "(a) el dieléctrico entre las placas del capacitor" - En ningún momento de mi pregunta mencioné que se colocara un dieléctrico entre las placas.
@N.Ginlabs Supuse que cuando hizo su pregunta estaba interesado en lo que sucedería con los capacitores reales.
Las elecciones también pueden abrirse camino desde el suelo.

¿Qué hay para evitar que los electrones de la placa del condensador con carga negativa 'fluyan de regreso' a donde estaba ubicado antes el terminal negativo de la batería?

El campo eléctrico que existe entre las placas del capacitor debido a la separación de carga. Los electrones de la placa con carga negativa son atraídos hacia la placa con carga positiva. En realidad es una configuración de energía mínima.

Además, mientras la batería está conectada al condensador cargado, la placa negativa, el cable de conexión y el terminal negativo de la batería están todos cargados negativamente. De manera similar para la placa positiva, el cable de conexión y el terminal positivo. De hecho, hay un campo eléctrico entre los cables de conexión que da lugar al voltaje a través de ellos.

Cuando se desconecta la batería, un voltímetro ideal conectado a través de los cables de conexión continuará leyendo el voltaje de la batería, ya que ese es el voltaje al que se cargan el capacitor y los cables de conexión. Los electrones no necesitaban salir de la placa negativa para establecer este voltaje: la distribución de carga que generaba este voltaje ya estaba allí.

Actualizar:

Con la edición de la pregunta que agregó diagramas, ahora puedo señalar más fácilmente un punto que solo mencioné en mi respuesta inicial. Nota: dejaré de lado lo que siento que son complicaciones innecesarias para resaltar el punto esencial.

Los dos cables que se conectan a las placas del condensador son conductores y, como tales, forman un condensador en paralelo con el condensador primario formado por las placas. Esta capacitancia parásita o parásita casi siempre es insignificante en comparación con la capacitancia primaria pero, en particular en los circuitos de RF, a veces debe tenerse en cuenta. Esta capacitancia 'entre conductores', por supuesto, depende de la geometría, por ejemplo, el espacio entre conductores, la longitud, etc.

Independientemente, la batería también carga este condensador al voltaje de la batería y esto significa que los cables conectados a las placas tienen una pequeña cantidad de densidad de carga para establecer el campo eléctrico entre los cables y, por lo tanto, el voltaje a través.

Cuando la batería está desconectada (de alguna manera 'ideal' que no perturbe los cables, etc.), esta capacitancia perdida permanece cargada (nuevamente, ignorando todas las formas físicas en que la carga podría 'fugarse' de un cable a otro).

Es decir, no tengo entendido que los electrones de la placa negativa carguen esta capacitancia perdida después de desconectar la batería, ya estaba cargada.

Como han dicho otros, la carga permanece en el capacitor hasta que llega a algún lugar o se pierde con el tiempo. Dos ejemplos del mundo real:

Proyecto en clase de física: cargue un capacitor de 8,000 uf, 5 V, luego use esa energía para alimentar algo que transporte el capacitor lo más lejos posible. (Hice el vehículo mínimo posible: el condensador en sí, el motor impulsor estaba en el lanzador. Desafortunadamente, no tenía el equipo de metalurgia para hacer que se lanzara lo suficientemente recto. Si hubiera tenido un lanzamiento limpio, podría haberlo rebotado del otro extremo del pasillo, pero en la práctica siempre giraba antes de llegar tan lejos).

Y, aún más dramático, un video de YouTube donde apiló algunos ultracondensadores, pasó bastante tiempo cargándolos y luego usó el poder en ellos básicamente como aspirante a soldador de arco. De hecho, podía derretir metal, pero en realidad no tenía el poder de soldar.

Wow interesante.
@AlBrown Encontré el video asombroso: no tenía idea de que existieran condensadores tan grandes.
Envíe el enlace si es conveniente por favor
@AlBrown Creo que esto es todo: youtube.com/watch?v=EoWMF3VkI6U

Permítame señalar que no importa cuántas veces diga que no hay dieléctrico entre las placas de su capacitor, lo hay, incluso en un vacío perfecto. dieléctrico es simplemente una jerga para "el material entre las placas que inhibe el flujo de corriente", que es un vacío perfecto.

Debería imaginarse el flujo de electrones como flujo de agua, la batería proporciona presión que se fuerza en el condensador, una vez desconectado, el condensador proporciona presión de regreso al origen. Nada puede salir del alambre, excepto en forma de calor, que es función de la corriente. Una inversión momentánea de corriente es todo lo que vería si usa cables excepcionalmente largos y no ideales. Pero una vez que el sistema está en equilibrio no sucederá absolutamente nada más, no habrá más pérdidas ya que la corriente ya no fluye.

Tienes que entender que estás preguntando sobre situaciones no ideales (del mundo real). Un cable ideal no tiene resistencia, capacitancia, inductancia, ninguna de esas cosas realmente divertidas que complican un sistema. Un cable ideal generalmente se ignora ya que el cable no ideal es más parecido a una manguera con agujeros, pero una manguera sin agujeros que el condensador puede suministrar tanta presión como quiera, pero el agua no va a ninguna parte.

Pregunta clara del título. Sorprendido por las seis respuestas.

Concepción más simple:

bajo voltaje V , fue cargo + q en la placa 1 y − q en la placa 2, tal que q = C V .

Entonces desconecto y la carga no puede escapar. El medio circuito conectado a la placa 1 tiene + q y otra tiene − q .

Dado que no se suministra voltaje, las cargas se mueven a la configuración de voltaje más bajo y el voltaje no será necesariamente V ya no. Para minimizar el voltaje, los iones con carga opuesta (los electrones y los "agujeros") se acercarán lo más posible entre sí. Las respuestas que dicen fluir o no fluir son conjeturas (excepto la de Alfred asumiendo que no hay cambios de ubicación)

Depende de dónde estén los componentes aislados. ¿Cómo nos desconectamos? Si alguna parte de esos cables o rutas están cerca, se logrará una reducción en el voltaje mediante un cambio en la distribución de carga. Todavía habrá algo de voltaje, y podría ser el mismo.

Hola Al, ¿no es así? q = C V en vez de q = C / V ? Además, ¿no es q la magnitud de la carga en cualquiera de las placas?
@AlfredCentauri sí a ambos y muchas gracias. Gran lugar para interactuar y aprender. 🙏🏻👍🏻
¿Qué sucede si usa una batería para cargar completamente un capacitor y luego desconecta la batería? ¿A dónde 'va' la carga?
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