¿Qué pasa si pones un condensador entre las placas de otro condensador?

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Basado en: ¿Hay un doble del transformador?

La imagen del condensador dentro de otro condensador me parece viable. Si un transformador es dos inductores con un campo magnético común, su doble sería dos condensadores con un campo eléctrico común. La relación de transferencia de voltaje sería una función de la capacitancia relativa de los dos capacitores, nuevamente como un transformador y el número relativo de vueltas.

Entonces, ¿está hecho esto? ¿Si no, porque no? ¿Simplemente no transferiría energía, o funcionaría pero sería ineficiente de alguna manera? ¿Talla? ¿Velocidad? ¿Calor?

¿Cuáles serían las propiedades de un condensador realmente construido de esta manera?

— Stephen Collings
fuente

Un defecto de su declaración es "un campo eléctrico común" si el espacio entre las placas en C1 es lo suficientemente pequeño frente al tamaño de las placas, el campo E en el interior de C1 no se verá influenciado indebidamente por el campo E principal. El campo total estará influenciado por las franjas, especialmente porque la presencia de un conductor fuerza un iso potencial. Incluso si coloca un bloque de dieléctrico en el espacio, el campo dentro del dieléctrico será diferente que el exterior.

— marcador de posición

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No creo que tal condensador sea muy diferente de esto:

esquemático

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esto no es realmente como un transformador. En un transformador ideal, , independientemente de la frecuencia. Ese no es el caso aquí, como se puede ver con un simple análisis de CA. A altas frecuencias, C2 pone en cortocircuito a R1, de modo que , . $V_{1} = n\cdot V_{R1}$ $f\to\infty$ $V_{R1}\to 0V$

— Phil Frost
fuente

Después de casi un año de retorcer la mente, me he dado cuenta de que Phil tiene toda la razón. No hay diferencia entre el dispositivo por el que pregunté y el circuito que Phil dibujó aquí. He respondido la pregunta original sobre el dual de un transformador, si alguien está interesado en más pensamientos. electronics.stackexchange.com/a/115581/7523

— Stephen Collings

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Supongamos con el propósito de una discusión teórica que su capacitor externo consiste en dos placas paralelas conectadas a través de una fuente de voltaje, y el capacitor interno consiste en dos placas paralelas conectadas a través de una resistencia (es lo que se muestra en su diagrama, pero dicho en voz alta).

Análisis DC:

Primero necesitamos entender lo que sucede en condiciones DC.

Imagine que el capacitor externo está cargado a algo de voltaje y que el capacitor interno tiene voltaje cero a través de la resistencia de carga cuando se inserta entre las placas de la externa. ¿Ahora queremos saber qué le sucede al condensador interno cuando el sistema llega a su estado estable?

Está claro que la corriente a través de la resistencia de carga debe ser cero (de lo contrario, no se conserva la carga). Esto significa que no hay diferencia de potencial entre las placas del condensador interno. Esto, a su vez, implica que no hay campo eléctrico dentro del condensador interno. ¿Significa esto que no hay carga en sus platos? La respuesta es NO: hay transferencia de carga a través de la resistencia de carga y la carga transferida se acumula en las placas y neutraliza el campo eléctrico externo.

De este análisis de CC vemos que hay transferencia de carga entre las placas del condensador interno y la corriente inducida a través de la resistencia de carga.

Análisis de CA:

De la discusión anterior sabemos que hay corriente inducida una vez que la carga inducida en el condensador interno no está neutralizando el campo eléctrico externo. Esto significa que si el campo externo oscilara, también lo haría la carga en el condensador interno. Esto da lugar a una corriente oscilante a través de la resistencia de carga.

Está claro que la magnitud de la corriente inducida será proporcional a la magnitud del campo eléctrico oscilante.

También está claro que será proporcional al área del condensador interno (descuidando el margen del campo eléctrico), la separación entre las placas y la constante dieléctrica entre las placas. Estos tres son equivalentes a decir que la corriente inducida será proporcional a la capacitancia del condensador interno. Nota: esto es cierto mientras el capacitor interno es físicamente más pequeño que el externo.

Tenga en cuenta que debido a la resistencia de la carga, la transferencia de carga no es instantánea, sino que sigue las características habituales del condensador, que tiene una constante de tiempo de RC. Esto significa que hay un comportamiento intrínseco de paso bajo en este sistema.

Conclusión:

Tiene razón: esta configuración se puede utilizar para transferir energía.

¿Por qué no se usa? Bueno, solo puedo especular aquí. Mis conjeturas son:

Suponiendo que los dieléctricos son los mismos para los condensadores externos e internos, esta configuración puede usarse para reducir el voltaje solamente.
El comportamiento intrínseco de paso bajo puede no ser deseable.
El control sobre las áreas de los condensadores es más complicado que el control sobre el número de devanados en inductores.
Es muy fácil asegurarse de que casi el 100% del campo magnético primario pase a través de devanados secundarios. Es más complicado con los condensadores y el campo eléctrico.
Para aumentar la eficiencia y reducir el tamaño físico, desea que los condensadores sean delgados (pequeño espacio entre las placas), pero esto resulta en un voltaje de ruptura más bajo.

Y estoy seguro de que hay más razones. También estoy completamente seguro de que hay algunas aplicaciones especializadas donde se emplea esta técnica.

— Vasiliy
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