¿Por qué la capacitancia no depende del material de las placas?

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Como estudiante, al aprender acerca de un condensador después de comprender qué es una resistencia, fue bastante sorprendente notar que la capacitancia no depende de la naturaleza de las placas utilizadas, al menos en cualquier tipo de condensador que haya conocido.

Me guían, "no hay diferencia mientras las placas conducen". ¿Es eso cierto?

capacitor

— animul
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Sí, no hay diferencia siempre que las placas puedan almacenar carga. El factor diferenciador es el área de la placa (más carga) para aumentar la capacitancia y la separación entre las dos placas es un factor limitante. Si eres nuevo, te recomiendo que leas TODA la página de Wikipedia sobre condensadores y trates de pensar realmente por qué las ecuaciones se formulan tal como están. Mire cada parámetro e intente relacionarlos entre sí.

— Sorenp

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Lo que está aprendiendo es un condensador ideal , hecho de un material con resistencia eléctrica cero. Por supuesto, tal cosa no existe, pero si la resistencia es pequeña, es una muy buena aproximación. En las aplicaciones del mundo real, los condensadores se ven afectados por su resistencia eléctrica (incluso si están hechos de buenos conductores como láminas de metal, las láminas son muy delgadas) y pueden considerarse como un condensador ideal en serie con una resistencia. El valor efectivo de la resistencia se especifica en la hoja de datos del condensador, y para algunos usos de los condensadores su valor es muy importante.

— alephzero

Piense en la capacitancia como un efecto de superficie en las superficies adyacentes (conductoras); y que depende del material (dieléctrico) entre estas capas de carga superficial (ya que esto afecta la fuerza con que una capa ve a la otra), entonces nada más sobre el conductor importa.

— FlatEarther

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A medida que gane experiencia, obtendrá una mejor idea de los límites de los modelos idealizados de elementos de circuito. Por ejemplo, mientras que un circuito RC en teoría puede funcionar igual de bien con una R de 1 ohm y una C de 1 mF, desarrollarás una intuición de que es mejor usar una R de 1 kohm y una C de 1 uF

— MooseBoys

En el diseño de condensadores en silicio, los ohmios / cuadrado de las placas se convierten en un gran problema para el comportamiento transitorio, y el diseño de los patrones de contacto metal-polisilicio es un grado de libertad para el ingeniero. Usé los contactos como parte de la amortiguación para la limpieza de la alimentación de LC / VDD.

— analogsystemsrf

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Sí, eso es cierto, la capacitancia es:

$C = \frac q V$

donde q es la carga y V el voltaje entre las placas.

Mientras la carga $q$ pueda "mantenerse en su lugar", se aplicará esta relación. Quiero decir, no hay necesidad de tener un "buen" conductor ya que la carga es estática , no se mueve.

Por lo tanto, siempre y cuando se aplique un cierto voltaje $V$ se produce una cierta carga $q$ en las placas del condensador y luego $C$ se puede determinar

No importa si las placas son conductores defectuosos (alta resistencia), ya que simplemente tomará más tiempo para que toda la carga llegue a su ubicación final. En el estado final no habrá diferencia en comparación con un condensador con placas bien conductoras, ya que la cantidad de carga será la misma.

Solo si observa el comportamiento dinámico de un condensador (cómo responde a los cambios rápidos de voltaje) vería una influencia de la conductividad de las placas. En primer orden, el condensador exhibiría resistencia en serie adicional .

— Bimpelrekkie
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Indique claramente que está hablando de un modelo teórico que tiene su "rango de aceptación" pero también sus límites.

— Christian B.

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@ChristianB. Si tomas "todo" en cuenta, entonces seguro, entiendo tu punto (y tu respuesta también). Sin embargo, al aprender cosas nuevas, en mi opinión, es mucho más fácil simplificar las cosas y solo observar los fenómenos de "primer orden". De esa manera, no confundirá a los que son nuevos en el tema, como OP, que solo quiere entender el concepto básico. Cuando se comprende mi respuesta de "mundo limitado y simplificado", se hace más fácil profundizar y considerar su respuesta.

— Bimpelrekkie

Estoy bien con la simplificación y el modelado siempre y cuando uno aclare que es un modelo después de todo. Ya tenemos muchas personas que "creen" que los modelos son la realidad. Esto puede conducir fácilmente a un comportamiento religioso y obstaculizar el progreso (ver la historia de la teoría de la relatividad y la física cuántica) por un lado e incluso perder la confianza en el conocimiento científico si las personas se dan cuenta de que encontraron un "agujero lógico" en una de las teorías, aunque podrían simplemente "alcanzar" la limitación de un modelo (comparar la cantidad cada vez mayor de tierras planas).

— Christian B.

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Por favor, no me malinterpretes. Estoy totalmente de acuerdo con los modelos simples, pero hay que asegurarse de que se perciban así. Especialmente si alguien pregunta si un modelo es la historia completa como lo hizo OP.

— Christian B.

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La parte activa de un condensador es el dieléctrico. Ahí es donde se almacena la energía, en eso se desarrolla el voltaje. Las placas solo transportan corriente a los lugares correctos. Una alta resistencia aquí podría hacer que el capacitor pierda, pero no cambiará la capacitancia.

De la misma manera, la resistencia de una resistencia depende del material y la geometría de la parte resistiva, no de los cables.

La parte activa de un inductor es el hierro, la ferrita o el espacio de aire dentro de las bobinas, porque allí es donde se almacena la energía. Los cables de alta resistencia harán que el inductor pierda, pero no cambiarán la inductancia.

— Neil_UK
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¡Esta debería ser la respuesta aceptada!

— nigel222

Sí, sin duda, esta es actualmente la mejor respuesta aquí.

— Dawood dice que reinstalar a Monica el

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$N_A = 6×10^{23}$ $C = 6×10^{18}e$ , por lo que 1 mol de metal tiene suficientes portadores de carga para 100000 C, suponiendo un electrón móvil por átomo. En un condensador de 1000 μF a 100 V con placas de aluminio, solo 27 μg de átomos de aluminio tienen que donar / aceptar un solo electrón para mantener la carga, el resto de los átomos se mantienen neutrales. Suponiendo que las placas pesan 5 g, eso es 99,9995% de átomos neutros más 0,0005% de átomos que faltan un electrón. Claramente, un condensador típico fallará debido a la ruptura mucho antes de que la falta de portadores de carga en las placas sea evidente.

Las cosas cambian en los semiconductores, donde la cantidad de transportistas libres es mucho menor y depende del dopaje. Incluso entonces, a menudo es más fácil calcular la capacitancia como una aproximación estática, suponiendo que las placas permanecen perfectamente conductoras y que solo la distancia entre ellas cambia a medida que crece la región de agotamiento. Sin embargo, no siempre es posible: en los procesos dinámicos rápidos, la capacitancia de unión solo puede describirse adecuadamente usando ecuaciones para el flujo de carga (por ejemplo, esta ), y las soluciones realmente dependen del material de las placas.

— Dmitry Grigoryev
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Que yo sepa, la elección del material sí importa, incluso para el caso estático. Si no, implicaría que la mayoría de los aislantes podrían usarse también como electrodo debido a la posibilidad residual de existencia de portadores de carga dentro de él. Algunos razonamientos y trabajos científicos por qué la elección de los materiales de los electrodos es importante: DOI: 10.1109 / 16.753713 y doi.org/10.1063/1.1713297, por nombrar solo algunos. La cosa es que los modelos que aprendes son una buena aproximación. Ni más ni menos. La razón principal por la que el material del electrodo es importante es que el campo EM también llega a los conductores incluso en caso de estática.

LT; DR conoce los límites de su modelo: sí importa, pero a menudo se puede descuidar.

— Christian B.
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No para la capacitancia estática, no lo hace.

— Carl Witthoft

genial. comencemos una típica discusión sobre la tierra plana: importa, no, no lo hace, sí, etc. ¿Existe su fuente o prueba científica de sonido? Si realmente investiga un poco, encontrará muchas pistas de que los modelos son modelos y que "buen conductor significa equipotencial en todas partes" es bueno, pero no es una suposición perfecta: en.wikipedia.org/wiki/Electric-field_screening physics.stackexchange.com/ preguntas / 14927 /… tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_2/backbone/r2_4_2.html

— Christian B.

Pero hagamos un poco de experimentos de pensamiento: supongamos que el material NO importa en absoluto. La implicación sería que los aisladores no perfectos actuarían también como material de electrodo, dándonos una capacidad cercana al infinito, ya que la distancia d sería muy pequeña (¿o incluso inexistente?). Entonces tienes razón. Es muy probable que sea una suposición tonta. Entonces, digamos que solo los conductores "buenos" se comportan como electrodos perfectos. ¿Pero cuál es el valor crítico entonces? 10 ^ 6 S / m? ¿Qué pasa si modificas el material? ¿Veríamos un comportamiento de "encendido y apagado"? Si hay pruebas de ello, me encantaría verlo.

— Christian B.

Buena física, mala ingeniería. Recuerde que el material de la placa también tiene una cierta constante dieléctrica si es un mal conductor, e incluso si es un buen conductor. Por lo tanto, cualquier penetración del campo eléctrico en el material de la placa causaría que la capacitancia dependa de esa constante dieléctrica. Pero no mucho.

— richard1941

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Es lo mismo para un inductor: el valor de la inductancia permanece constante independientemente de la conductividad del cable. Llévelo a los extremos y considere la velocidad de las ondas de radio y cómo se propagan a través del espacio.

La impedancia del espacio libre está determinada por la permeabilidad y la permitividad del espacio libre y se miden en henries por metro y faradios por metro, respectivamente. Sin embargo, no hay conductores en el espacio libre.

— Andy alias
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En un condensador típico, las cargas se concentrarán en capas delgadas en las porciones de cada electrodo más cercanas al electrodo con carga opuesta. Aunque esta capa esencialmente siempre tiene un espesor distinto de cero, y la distancia entre cada partícula cargada y la superficie afectará la diferencia de potencial resultante de esa carga, en la práctica el efecto es casi siempre lo suficientemente pequeño como para ser eclipsado por las incertidumbres de medición u otros factores de confusión. efectos

— Super gato
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Muchos condensadores prácticos tienen una dependencia muy débil del material conductor. La resistencia de la serie equivalente de condensador (ESR) se verá afectada por el material de la placa y el grosor / enrutamiento y es un factor limitante significativo en las aplicaciones de potencia. Esto también afecta las corrientes de descarga pico para aplicaciones pulsadas.

En un nivel práctico, muchos condensadores de película de potencia tienen enlaces fusibles en la metalización, de modo que las porciones fallidas del condensador se eliminan del circuito (y la capacitancia cae). Esta es una consideración práctica importante vinculada a la placa del condensador.

— Lunes martes miercoles
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