Почему не провода конденсаторы?

Конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух параллельных проводников с противоположными зарядами. На приведенной выше схеме провода параллельны и являются проводниками, поэтому они действуют как конденсаторные пластины?

Если они это сделают, если у вас есть два провода рядом друг с другом и вы подключите конденсатор к концу, будет ли конденсатор заряжаться так же сильно? Поскольку все это действует как один большой конденсатор, заряд не будет просто накапливаться на конденсаторе, он будет распространяться по всему проводу и конденсатору, что означает, что в конденсаторе будет меньше заряда.

И если это правда, почему уравнение для емкости не учитывает положение проводов?

Два провода делает сделать конденсатор. Просто очень маленький. Для параллельных пластин емкость можно рассчитать как:

Куда:

• $\varepsilon$является диэлектрической проницаемостью диэлектрика, который в основном является воздухом для некоторых проводов, с$\varepsilon \approx 8.85 \cdot 10^{-12} \mathrm F/\mathrm m$,
• $A$ площадь пластин
• $d$ это расстояние между пластинами

Для двух обычных проводов в цепи, $A$ очень маленький, и $d$очень большой по сравнению с расстояниями в вашем типичном конденсаторе. Таким образом, емкость действительно очень мала, и мы можем пренебречь ею в большинстве случаев.

Что касается вашего второго вопроса, вы должны быть осторожны с словами, которые вы используете. Есть ли начислять средний электрический заряд или сколько энергии вы накопленная в конденсаторе? Я не единственный человек, разочарованный противоречивой лексикой вокруг конденсаторов . Я сделаю все возможное, чтобы быть ясным.

Заряд дисбаланс делает распространяться вдоль провода, в каком - то смысле. Между клеммами батареи или между любыми двумя точками вдоль провода или между пластинами конденсатора вы будете измерять ту же разность потенциалов с помощью вольтметра. Электрическое поле существует не только между пластинами конденсатора, но и между двумя полными половинками цепи.

Внутри конденсатора электрическое поле должно изменяться от потенциала одной половины до потенциала другой половины на очень крошечном расстоянии, просто при разделении пластин ($d$сверху: крошечный, чтобы сделать большую емкость). Таким образом, напряженность поля, измеренная в вольтах на метр, является самой высокой внутри конденсатора.

Что касается того, куда уходит электрический заряд, подумайте об этом так: половина схемы имеет слишком много электронов, а другая половина - недостаточно. Когда электронов слишком много, они хотят переместиться туда, где их меньше, потому что заряды как бы отталкиваются. Таким образом, для половины, в которой слишком много электронов, ближайший к месту, где меньше электронов, находится внутри конденсатора, потому что он находится ближе к другой половине цепи.

Заметьте, не все электроны накапливаются в конденсаторе, потому что это оставило бы провод с положительным зарядом. Скорее, электроны перераспределяют себя так, что разность потенциалов (напряжение) везде одинакова в этой половине цепи. Большая часть избыточных электронов попадает в конденсатор именно потому, что именно здесь электрическое поле является самым сильным.

Вы также можете подумать об этом для противоположной половины, считая отсутствие электрона «дырой», своего рода носителем положительного заряда.

Вы также можете подумать о том, как электрические заряды распределяются таким образом: мы уже установили, что провода имеют очень низкую, но ненулевую емкость. емкость$C$ это просто еще один способ сказать, сколько заряда $Q$ требуется, чтобы сделать напряжение $V$ в вещи:

Провода, имеющие небольшую емкость, не требуют большого дисбаланса электрического заряда (лишних или отсутствующих электронов), чтобы сделать большие изменения в напряжении. Конденсатор, имеющий большую емкость, требует гораздо большего дисбаланса заряда для изменения напряжения. Таким образом, чтобы сделать напряжения равными на каждой половине цепи, большая часть несбалансированного заряда должна попадать в конденсатор, а не в провода.

Проблема более серьезная, чем вы описываете, потому что есть не только емкость, но и индуктивность и сопротивление, которые изменяют весь ваш дизайн на их резонансной частоте. Хорошим инструментом для расчета емкости двух параллельных проводов является QuickField, и вы можете скачать Student Edition бесплатно.

В следах печатных плат некоторые типичные значения для емкости и индуктивности

Как видите, существует большая проблема, особенно на высоких частотах. Это паразитные элементы везде, и инженеры должны учитывать в соответствии с основными параметрами приложения (частота, напряжение и т. Д.). Ниже вы можете видеть основные пассивные элементы не идеальной эквивалентной схемы, которые вводят ограничения в их использовании.

резистор

Конденсатор

Индуктор

Провода и линии электропередачи

Меньшие размеры компонентов обычно приводят к меньшим паразитам. С сегодняшнего дня пассивные компоненты SMD на печатной плате обеспечивают безопасную конструкцию в несколько ГГц. В проводах используется техника линий электропередачи (коаксиальный кабель, витая пара, ленточные кабели, двойной провод, микрошип и стриплайн…)

Да, любая пара проводников, разделенных диэлектриком, является конденсатором. Расположение проводников в виде параллельных пластин увеличит емкость, поскольку она пропорциональна площади поверхности. На странице википедии показано, как рассчитать емкость различных геометрий (вы можете проверить расчеты в одном из упомянутых учебников). Включены параллельные пластины и два провода. В простых цепях эта паразитная емкость, как сказал Ник, не является проблемой. Однако в сложной схеме, такой как многослойная печатная плата с аналоговыми и цифровыми цепями, это явление может быть большой проблемой.

Инженеры EMC проводят живые испытания и оптимизацию схем, чтобы избежать паразитной емкости и взаимной индуктивности. Имейте в виду, что антенны - это просто конденсаторы. Изменяющееся электрическое поле в антенне (конденсаторе) генерирует радио (электрическое поле) волны. Таким образом, любой провод также является антенной. Кроме того, любая петля провода является индуктором. Все эти последствия могут быть большой проблемой в схемотехнике. Хорошо, что вы заметили потенциальные проблемы.

Провода конденсаторы. Всякий раз, когда у вас есть разница в потенциале заряда на расстоянии, у вас будет электрическое поле и фактически конденсатор. Если бы вы включили индуктивность проводов в свою схему, вы бы описали то, что называется «линией передачи».

Эти принципы объясняют, почему линии электропередачи переменного тока имеют заметно одинаковое расстояние при заданном напряжении, а также почему 300-омные антенные выводы состоят из этих двух параллельных проводов, точно отстоящих друг от друга. По сути, эти параллельные линии создают глобальные заряды по сети LC.

Они даже не должны быть параллельны: один прямой кусок золотой проволоки нулевого калибра обладает небольшим сопротивлением. Это означает, что при прохождении тока существует небольшая разница между зарядками, и это также может быть собственный диэлектрик. Воздух, вакуум, изоляция и т.д. вокруг него также действуют как диэлектрик. Поскольку это не взаимодействие пластин с пластинами, а вдоль линии, поле следует овальному рисунку, вытянутому от конца до конца.

Так работают монопольные и дипольные антенны. Емкость крошечная, но с увеличением частоты она становится все более актуальной. При этом в сочетании с индуктивностью вдоль провода антенна в основном становится собственной LC-цепью и имеет резонансную частоту. На более высоких частотах кажущееся сопротивление из-за индуктивности даже делает сам провод похожим на диэлектрик.

Q = CV или

заряд = емкость х напряжение.

Заряд на реальном конденсаторе продиктован напряжением его клеммы. Будет ли напряжение на клеммах на длинной паре проводов меньше на конце через обычный конденсатор. Нет, не будет (учитывая, что будет некоторое время для того, чтобы напряжение достигло конца, где находится обычный конденсатор).

Как насчет сопротивления проводов? Если бы конденсатор имел утечку (утечка постоянного тока), и это было довольно плохо, последовательное сопротивление проводов уменьшилось бы на несколько милливольт. Это, конечно, означает, что напряжение на клеммах конденсатора падает на несколько милливольт, и тогда заряд будет уменьшен.

Поскольку все это действует как один большой конденсатор, заряд не будет просто накапливаться на конденсаторе, он будет распространяться по всему проводу и конденсатору, что означает, что в конденсаторе будет меньше заряда.

Нет, в конденсаторе будет больше заряда, заряд в проводах добавляется к заряду в крышке. Но поскольку емкость короткого провода составляет всего несколько пФ, эффект в большинстве случаев незначителен.

Именно диэлектрик между проводами создает емкость. Замените диэлектрик омическим проводящим блоком, и у вас есть то, что является проводом. По сути, каждый провод имеет некоторую емкость, и каждый конденсатор имеет определенную проводимость, обычно называемую конденсаторами с утечкой, но в обоих случаях, имея дело с сосредоточенным анализом, мы предполагаем идеальные провода (имеющие нулевую емкость) и идеальные конденсаторы (имеющие нулевую проводимость)