Si se retira un dieléctrico de un condensador cargado conectado a una batería, ¿se producirá una chispa?

Answer 1

Eso depende de algunos factores, a saber, el dieléctrico con el que se reemplaza (por ejemplo, aire o vacío), el grosor dieléctrico, el voltaje de la batería.

La descomposición eléctrica del aire es de alrededor de 3MV / m. El vacío es 10 ^ 19V / m. (de wiki). Una chispa solo puede ocurrir si hay átomos entre el ánodo y el cátodo. Para el vacío, si el campo eléctrico es lo suficientemente alto, los electrones serán literalmente alejados del cátodo al ánodo, no hay chispa, este proceso se llama emisión de electrones de campo.

Tomemos un ejemplo aquí en aras de la discusión:

Si el condensador está hecho de material dietético, pentóxido de tantalio, y tiene un voltaje de CC nominal de 300V. De hecho, podría hacer una estimación aproximada del grosor dieléctrico. La resistencia dieléctrica para el pentóxido de tantalio es de 625MV / m. Por lo tanto, el espesor dieléctrico se calcula en 480 nm (tensión de ruptura eléctrica / rigidez dieléctrica).

El voltaje de ruptura eléctrica del aire es de 3MV / m = 0.003V / nm. Si el espacio es de 480 nm, el voltaje de ruptura eléctrica para el espacio de aire es de 1,44 V (480 × 0,003). Por lo tanto, una batería alcalina estándar de 1.5V causará una ruptura dieléctrica si el pentóxido de tantalio se retira y se reemplaza con aire. Será una micro chispa que no podríamos escuchar o ver.

Answer 2

Si la carga inicial es lo suficientemente alta, sí, eso podría suceder. La cantidad real de cargas +/- Q en cada una de las dos placas no cambiará ya que (presumiblemente) no hay una carga externa conectada a los terminales del condensador y, por lo tanto, no hay un cable conductor a lo largo del cual la carga pueda moverse al salir del condensador. Al extraer el dieléctrico, se reduce la capacidad. Y debido a que Q = C * V = constante, entonces a medida que C se reduce, V debe aumentar. La energía se conserva: al extraer el dieléctrico, se realiza un trabajo mecánico contra una fuerza electrostática que resiste ese movimiento del dieléctrico. En las condiciones adecuadas, la acumulación de voltaje podría ser suficiente para producir una chispa en alguna parte.

Answer 3

La ley de conservación de la carga eléctrica establece que la suma algebraica de todas las cargas eléctricas en cualquier sistema cerrado es constante.

Si se cargó un condensador y luego se desconectó y se quitó un dieléctrico (eso es lo mismo que la constante dieléctrica ε se reduce a 1), el voltaje aumenta ε veces. Si el voltaje excede el voltaje de ruptura, se producirá una chispa.

Pero si una batería todavía está conectada, el condensador no es un sistema cerrado. La batería y el condensador juntos son un sistema cerrado. Parte de la carga se transferirá del condensador a la batería y no habrá chispas.

Answer 4

Como Q = C * V y la eliminación del dieléctrico reduce la capacitancia, la carga adicional debe ir a algún lado. ¿El voltaje será lo suficientemente alto como para saltar de una placa a la siguiente?

Para matemáticas fáciles:

[matemáticas] C_d = 1 F [/ matemáticas]

[matemáticas] \ epsilon_d = 10 [/ matemáticas]

lo que significa [matemáticas] C_a = 0.1uF [/ matemáticas]

[matemáticas] V_b = 1 V [/ matemáticas]

[matemáticas] A = 1 cm ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] \ epsilon_0 [/ matemáticas] es aproximadamente [matemáticas] 10 x 10 ^ -12 F / m [/ matemáticas]

Donde [math] C_d [/ math] es Capacitancia con dieléctrico; [matemática] C_a [/ matemática] es Capacitancia con aire como dieléctrico; [matemática] V_b [/ matemática] es el voltaje de la batería; A es el área del condensador.

[matemáticas] C = A * (\ epsilon_d) (\ epsilon_0) / d [/ matemáticas]

[matemáticas] d = A * (\ epsilon_d) (\ epsilon_0) / C [/ matemáticas]

[matemáticas] d = [(1 m ^ 2) * 10 * (10 x 10 ^ -12 F / m)] / 1 F = 100 * 10 ^ -12 m [/ matemáticas]

La rigidez dieléctrica del aire = 3 kV / mm.

[matemática] V_ {desglose del límite} = [(3 kV) / (10 ^ -3 m)] * [/ matemática] [matemática] 100 * 10 ^ -12 m = 300 \ mu voltios [/ matemática]

[matemáticas] Q_i = C_d * V_b = 1 coulomb [/ matemáticas]

En [matemáticas] t = 0, V_c = Q_i / C_a = 1 coul / 0.1 F = 10 V [/ matemáticas]

Hasta que la carga haya alcanzado nuevamente el equilibrio, las placas son de 10V.

La carga ciertamente es atraída a la otra placa.

¿Podría volver a la batería? Está en un voltaje que es un factor de 10 mayor que el voltaje de la batería, por lo que una corriente podría ser forzada a regresar a la batería.

En este punto, entran en juego cosas como la resistencia del aire ionizado y la química de la batería.

Si fueras mi jefe y quisieras un botín de inmediato, iría con ambos. El aire entre las placas se ionizará, por lo que parte de la carga saltará la brecha y parte se volverá a introducir en la batería.

Answer 5

Gran pregunta Si. Un condensador son dos placas conductoras con un aislante dieléctrico entre ellas. Entonces, dos placas con un aislante de plástico o vidrio entre ellas. Claramente, si solías electrodo para cargar un aislante, luego lo quitaste y lo tocaste, recibirías una descarga. Sería una descarga de descarga estática.

Answer 6

En primer lugar, ¿cómo se quita el dieléctrico de un condensador en funcionamiento? Suponga que puede eliminar lo mismo, cuando retire la matriz eléctrica de un condensador, la capacitancia se reduciría, por la misma carga, el voltaje aumentaría a través del condensador. ¿Por qué se producirá la chispa?

Answer 7

¿Por qué se debe producir una chispa? La pregunta indica que el condensador está conectado a una batería. No se menciona que se haya desconectado. El voltaje en el condensador será igual al voltaje de la batería en todo momento. Retirar el dieléctrico no tendrá ningún efecto sobre el voltaje.

¿Cuál es la motivación para esta pregunta?

Answer 8

Si el voltaje de la fuente de energía es lo suficientemente alto como para exceder el voltaje de ruptura del aire en el espacio, entonces podría.