Warum sind keine Kondensatoren?

Ein Parallelplattenkondensator besteht aus zwei parallelen Leitern mit entgegengesetzten Ladungen. Im obigen Diagramm sind die Drähte parallel und die Leiter wirken sie also als Kondensatorplatten?

Wenn dies der Fall ist, wenn Sie zwei Drähte direkt nebeneinander haben und einen Kondensator an das Ende anschließen, würde der Kondensator dann immer noch so viel aufladen? Da das Ganze als ein großer Kondensator fungiert, würde sich die Ladung nicht nur am Kondensator sammeln, sondern sich über den gesamten Draht und den Kondensator ausbreiten , was bedeutet, dass der Kondensator weniger Ladung enthält.

Und wenn dies zutrifft, warum berücksichtigt die Kapazitätsgleichung nicht die Position der Drähte?

Zwei Drähte bilden einen Kondensator. Nur eine sehr kleine. Für parallele Platten kann die Kapazität wie folgt berechnet werden:

Wo:

• $\varepsilon$$\varepsilon \approx 8.85 \cdot 10^{-12} \mathrm F/\mathrm m$
• $A$
• $d$

$A$$d$

Bei Ihrer zweiten Frage müssen Sie vorsichtig mit den verwendeten Wörtern sein. Tut aufladen mittlere elektrische Ladung oder wie viel Energie Sie in dem Kondensator gespeichert haben? Ich bin nicht die einzige Person, die von dem widersprüchlichen Vokabular um Kondensatoren frustriert ist . Ich werde mein Bestes geben, um klar zu sein.

Die Ladungsungleichgewicht ist in einem gewissen Sinne entlang des Drahtes, sich auszubreiten. Zwischen den Batterieklemmen oder zwischen zwei beliebigen Punkten entlang des Kabels oder zwischen den Platten des Kondensators messen Sie die gleiche Potentialdifferenz mit Ihrem Voltmeter. Das elektrische Feld existiert nicht nur zwischen den Platten des Kondensators, sondern zwischen den beiden gesamten Hälften der Schaltung.

Innerhalb des Kondensators muss sich das elektrische Feld innerhalb eines sehr kleinen Abstands vom Potential der einen Hälfte zum Potential der anderen Hälfte ändern, nur der Abstand der Platten ($d$

Stellen Sie sich die elektrische Ladung folgendermaßen vor: Die Hälfte des Stromkreises hat zu viele Elektronen und die andere Hälfte des Stromkreises hat nicht genug. Wenn es zu viele Elektronen gibt, wollen sie sich an einen Ort bewegen, an dem es weniger gibt, weil sich ähnliche Ladungen abstoßen. Für die Hälfte mit zu vielen Elektronen befindet sich der Kondensator am nächsten an einem Ort, an dem weniger Elektronen vorhanden sind, da er der anderen Hälfte des Stromkreises am nächsten liegt.

Wohlgemerkt, nicht alle Elektronen stapeln sich im Kondensator, da dies den Draht mit einer positiven Ladung belassen würde. Vielmehr verteilen sich die Elektronen so um, dass die Potentialdifferenz (Spannung) überall in dieser Hälfte des Stromkreises gleich ist. Die meisten überschüssigen Elektronen landen im Kondensator, gerade weil hier das elektrische Feld am stärksten ist.

Sie können dies auch für die andere Hälfte betrachten, indem Sie das Fehlen eines Elektrons als "Loch" betrachten, als eine Art positiver Ladungsträger.

$C$$Q$$V$

Die Drähte mit geringer Kapazität benötigen nicht viel elektrisches Ladungsungleichgewicht (zusätzliche oder fehlende Elektronen), um eine große Spannungsänderung zu bewirken. Der Kondensator mit einer großen Kapazität benötigt viel mehr Ladungsungleichgewicht, um die Spannung zu ändern. Um die Spannungen über jede Hälfte der Schaltung gleich zu machen, muss der größte Teil der unausgeglichenen Ladung im Kondensator und nicht in den Drähten landen.

Das Problem ist schwerwiegender als Sie beschreiben, da es nicht nur eine Kapazität, sondern auch eine Induktivität und einen Widerstand gibt, die Ihr gesamtes Design bei ihrer Resonanzfrequenz verändern. Ein gutes Werkzeug zur Berechnung der Kapazität von zwei parallelen Drähten ist das QuickField Sie können die Student Edition kostenlos herunterladen.

In Leiterplattenspuren sind einige typische Werte für Kapazität und Induktivität

Wie Sie sehen, gibt es insbesondere bei hohen Frequenzen ein großes Problem. Diese parasitären Elemente sind überall und Ingenieure müssen sie gemäß den Hauptparametern der Anwendung (Frequenz, Spannung usw.) berücksichtigen. Sie können unter den wichtigsten passiven Elementen nicht ideale Ersatzschaltbilder sehen, die Einschränkungen bei ihrer Verwendung mit sich bringen.

Widerstand

Kondensator

Induktor

Drähte und Übertragungsleitungen

Kleinere Komponentengrößen führen normalerweise zu kleineren Parasiten. Mit heute ermöglichen passive SMD-Komponenten auf Leiterplatten ein sicheres Design mit mehreren GHz. In Drähten werden Übertragungsleitungstechniken verwendet (Koaxialkabel, Twisted Pair, Flachbandkabel, Doppelkabel, Mikrostip und Streifenleitung…).

Ja, jedes durch ein Dielektrikum getrennte Leiterpaar ist ein Kondensator. Durch Anordnen der Leiter als parallele Platten wird die Kapazität erhöht, da sie proportional zur Oberfläche ist. Die Wikipedia-Seite zeigt, wie die Kapazität verschiedener Geometrien berechnet wird (Sie können die Berechnungen in einem der Lehrbücher überprüfen, auf die verwiesen wird). Enthalten sind parallele Platten und zwei Drähte. In einfachen Schaltungen ist diese parasitäre Kapazität, wie Nick sagte, kein Problem. In einer komplexen Schaltung, wie einer mehrschichtigen Leiterplatte mit analogen und digitalen Schaltungen, kann dieses Phänomen jedoch ein großes Problem sein.

EMV-Ingenieure testen und optimieren Schaltkreise, um parasitäre Kapazitäten und gegenseitige Induktivität zu vermeiden. Denken Sie daran, dass Antennen auch nur Kondensatoren sind. Das sich ändernde elektrische Feld in der Antenne (Kondensator) erzeugt Funkwellen (elektrisches Feld). Somit ist jeder Draht auch eine Antenne. Außerdem ist jede Drahtschleife ein Induktor. All diese Konsequenzen können ein großes Problem beim Schaltungsdesign sein. Es ist gut, dass Sie die potenziellen Probleme bemerkt haben.

Drähte sind Kondensatoren. Immer wenn Sie über eine Entfernung einen Unterschied im Ladungspotential haben, haben Sie ein elektrisches Feld und tatsächlich einen Kondensator. Wenn Sie die Induktivität der Drähte in Ihren Schaltplan aufgenommen hätten, hätten Sie eine sogenannte "Übertragungsleitung" beschrieben.

Diese Prinzipien sind der Grund, warum Wechselstromleitungen bei einer bestimmten Spannung einen auffällig gleichmäßigen Abstand aufweisen und warum 300-Ohm-Antennenkabel aus diesen beiden parallelen Drähten bestehen, die genau voneinander beabstandet sind. Grundsätzlich bewegen sich Ladungsklumpen entlang des LC-Netzwerks, das diese parallelen Linien erzeugen.

Sie müssen nicht einmal parallel sein: Ein einzelnes gerades Stück Golddraht mit Nullspur hat einen winzigen Widerstand. Dies bedeutet, dass es einen geringfügigen Unterschied der Ladung von Ende zu Ende gibt, wenn Strom durchgelassen wird, und dass es sich auch um ein eigenes Dielektrikum handeln kann. Die Luft, das Vakuum, die Isolierung usw. um sie herum wirken auch als Dielektrikum. Da dies keine Platte-Platte-Wechselwirkung ist, sondern entlang einer Linie, folgt das Feld einem ovalen Muster, das von Ende zu Ende gespannt ist.

So funktionieren Monopol- und Dipolantennen. Die Kapazität ist winzig, wird aber mit zunehmender Frequenz immer relevanter. In Kombination mit der Induktivität entlang des Drahtes wird die Antenne im Grunde genommen zu einer eigenen LC-Schaltung und hat eine Resonanzfrequenz. Bei höheren Frequenzen lässt der scheinbare Widerstand aufgrund der Induktivität den Draht selbst sogar wie ein Dielektrikum erscheinen.

Q = CV oder

Ladung = Kapazität x Spannung.

Die Ladung am realen Kondensator wird durch seine Klemmenspannung bestimmt. Wäre die Klemmenspannung an einem langen Adernpaar am Ende eines normalen Kondensators geringer? Nein, würde es nicht (vorausgesetzt, es wird eine kleine Zeitverzögerung geben, bis die Spannung das Ende erreicht, an dem sich der reguläre Kondensator befindet).

Was ist mit dem Widerstand der Drähte? Wenn der Kondensator eine Leckage (Gleichstromleckage) hätte und diese ziemlich schlecht wäre, würde der Serienwiderstand der Drähte um einige Millivolt abfallen. Dies bedeutet natürlich, dass die Klemmenspannung am Kondensator einige Millivolt abfällt und dann die Ladung reduziert wird.

Da das Ganze als ein großer Kondensator fungiert, würde sich die Ladung nicht nur am Kondensator sammeln, sondern sich über den gesamten Draht und den Kondensator ausbreiten, was bedeutet, dass der Kondensator weniger Ladung enthält.

Nein, es würde mehr Ladung im Kondensator geben, die Ladung in den Drähten wird zu der Ladung in der Kappe addiert. Da die Kapazität eines kurzen Drahtes jedoch nur wenige pF beträgt, ist der Effekt in den meisten Fällen vernachlässigbar.

Es ist das Dielektrikum zwischen den Drähten, das die Kapazität erzeugt. Ersetzen Sie das Dielektrikum durch einen ohmschen leitenden Block und Sie haben einen Draht. Grundsätzlich hat jeder Draht eine gewisse Kapazität und jeder Kondensator eine bestimmte Leitfähigkeit, die allgemein als undichte Kondensatoren bezeichnet wird. In beiden Fällen gehen wir jedoch bei der Analyse von Klumpen von idealen Drähten (mit einer Kapazität von Null) und idealen Kondensatoren (mit einer Leitfähigkeit von Null) aus.