Was ist, wenn Sie einen Kondensator zwischen die Platten eines anderen Kondensators legen?

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Basierend auf: Gibt es ein Dual des Transformators?

Das Bild des Kondensators in einem anderen Kondensator erscheint mir realisierbar. Wenn ein Transformator aus zwei Induktoren mit einem gemeinsamen Magnetfeld besteht, wären es zwei Kondensatoren mit einem gemeinsamen elektrischen Feld. Das Spannungsübertragungsverhältnis wäre eine Funktion der relativen Kapazität der beiden Kondensatoren, wiederum wie bei einem Transformator, und der relativen Anzahl von Windungen.

Also ist das erledigt? Wenn nicht, warum nicht? Würde es einfach keine Energie übertragen oder würde es funktionieren, aber in irgendeiner Weise ineffizient sein? Größe? Geschwindigkeit? Hitze?

Was wären die Eigenschaften eines Kondensators, der tatsächlich auf diese Weise aufgebaut ist?

— Stephen Collings
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Ein Fehler Ihrer Aussage ist "ein gemeinsames elektrisches Feld", wenn der Plattenabstand auf C1 im Vergleich zur Größe der Platten ausreichend klein ist. Das E-Feld im Inneren von C1 wird nicht übermäßig vom Haupt-E-Feld beeinflusst. Das Gesamtfeld wird durch Streifen beeinflusst, insbesondere da das Vorhandensein eines Leiters ein Isopotential erzwingt. Selbst wenn Sie einen Dielektrikumblock in den Spalt einfügen, unterscheidet sich das Feld innerhalb des Dielektrikums von dem außerhalb.

— Platzhalter

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Ich denke nicht, dass sich ein solcher Kondensator wesentlich davon unterscheidet:

schematisch

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

$V_{1} = n\cdot V_{R1}$ $f\to\infty$ $V_{R1}\to 0V$

— Phil Frost
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Nach fast einem Jahr voller Gedanken habe ich festgestellt, dass Phil völlig richtig ist. Es gibt keinen Unterschied zwischen dem Gerät, nach dem ich gefragt habe, und der Schaltung, die Phil hier gezeichnet hat. Ich habe die ursprüngliche Frage zum Dual eines Transformators beantwortet, wenn jemand an weiteren Gedanken interessiert ist. electronic.stackexchange.com/a/115581/7523

— Stephen Collings

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Nehmen wir zum Zwecke der theoretischen Diskussion an, dass Ihr äußerer Kondensator aus zwei parallelen Platten besteht, die über eine Spannungsquelle verbunden sind, und der innere Kondensator aus zwei parallelen Platten besteht, die über einen Widerstand verbunden sind (wie in Ihrem Diagramm gezeigt, aber laut gesagt).

DC-Analyse:

Zuerst müssen wir verstehen, was unter Gleichstrombedingungen passiert.

Stellen Sie sich vor, der äußere Kondensator wird auf eine bestimmte Spannung aufgeladen und der innere Kondensator hat eine Spannung von Null über dem Lastwiderstand, wenn er zwischen die Platten des äußeren eingefügt wird. Jetzt wollen wir wissen, was mit dem inneren Kondensator passiert, wenn das System seinen stationären Zustand erreicht?

Es ist klar, dass der Strom durch den Lastwiderstand Null sein muss (sonst keine Ladungserhaltung). Dies bedeutet, dass zwischen den Platten des inneren Kondensators keine Potentialdifferenz besteht. Dies impliziert wiederum, dass im inneren Kondensator kein elektrisches Feld vorhanden ist. Bedeutet dies, dass auf den Tellern keine Ladung anfällt? Die Antwort lautet NEIN - es findet eine Ladungsübertragung durch den Lastwiderstand statt und die übertragene Ladung sammelt sich auf den Platten und neutralisiert das externe elektrische Feld.

Aus dieser Gleichstromanalyse geht hervor, dass zwischen den Platten des inneren Kondensators und dem induzierten Strom durch den Lastwiderstand eine Ladungsübertragung stattfindet.

AC-Analyse:

Aus der obigen Diskussion wissen wir, dass es induzierten Strom gibt, sobald die induzierte Ladung am inneren Kondensator das externe elektrische Feld nicht neutralisiert. Dies bedeutet, dass, wenn das externe Feld schwingen würde, auch die Ladung am inneren Kondensator schwingen würde. Dies führt zu einem oszillierenden Strom durch den Lastwiderstand.

Es ist klar, dass die Größe des induzierten Stroms proportional zur Größe des oszillierenden elektrischen Feldes ist.

Es ist auch klar, dass es proportional zur Fläche des inneren Kondensators (unter Vernachlässigung des Randes des elektrischen Feldes), zum Abstand zwischen den Platten und zur Dielektrizitätskonstante zwischen den Platten ist. Diese drei entsprechen der Aussage, dass der induzierte Strom proportional zur Kapazität des inneren Kondensators ist. Hinweis: Dies gilt, wenn der innere Kondensator physikalisch kleiner als der äußere ist.

Es ist zu beachten, dass aufgrund des Lastwiderstands die Ladungsübertragung nicht sofort erfolgt, sondern der üblichen Kondensatorkennlinie mit einer Zeitkonstante von RC folgt. Dies bedeutet, dass dieses System ein intrinsisches Tiefpassverhalten aufweist.

Fazit:

Sie haben Recht - dieses Setup kann zur Energieübertragung verwendet werden.

Warum wird es nicht verwendet? Nun, ich kann hier nur spekulieren. Meine Vermutungen sind:

Unter der Annahme, dass die Dielektrika für äußere und innere Kondensatoren gleich sind, kann dieser Aufbau nur zur Reduzierung der Spannung verwendet werden.
Das intrinsische Tiefpassverhalten ist möglicherweise nicht wünschenswert.
Die Steuerung der Kondensatorbereiche ist komplizierter als die Steuerung der Anzahl der Wicklungen in Induktivitäten.
Es ist sehr einfach sicherzustellen, dass fast 100% des Magnetfelds der Primärwicklung durch Sekundärwicklungen fließen. Es ist komplizierter mit Kondensatoren und dem elektrischen Feld.
Um die Effizienz zu erhöhen und die physikalische Größe zu verringern, sollten die Kondensatoren dünn sein (kleiner Spalt zwischen den Platten). Dies führt jedoch zu einer niedrigeren Durchbruchspannung.

Und ich bin mir sicher, dass es noch weitere Gründe gibt. Ich bin mir auch völlig sicher, dass es einige spezielle Anwendungen gibt, bei denen diese Technik angewendet wird.

— Vasiliy
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