Was passiert, wenn Platten eines voll geladenen Kondensators voneinander isoliert sind?

Ich bin Maschinenbaustudent und arbeite an einem Projekt mit einem Hochspannungskondensator.

Ich verstehe, dass die Spannung zunimmt, wenn der Abstand zwischen den Platten eines geladenen Kondensators vergrößert wird. Aber ich würde wirklich gerne wissen, was mit den Platten passiert, wenn der Kondensator vollständig aufgeladen, vom Ladekreis getrennt und die Platten dann um eine unendliche Entfernung voneinander entfernt sind. Wird jede Platte aufgeladen bleiben?

Ladung = Kapazität x Spannung ( )$Q=C\cdot V$

Wenn der Kondensator eine Spannung an seinen Platten hat und die Versorgung unterbrochen ist, bleibt die Ladung unabhängig von der Entfernung. Wenn also die Entfernung zunimmt (und die Kapazität abnimmt), steigt die Spannung proportional an. Wenn die Platten auf eine unendliche Entfernung gebracht werden, wird die Spannung unendlich.

Es ist zu beachten, dass die im Kondensator "gehaltene" Energie zunimmt, wenn die Platten auseinandergezogen werden, d. H.

Energie = $\dfrac{CV^2}{2}$

Die Zunahme der Energie entsteht, weil Arbeit (Joule) geleistet werden muss, um die Platten physisch auseinander zu bewegen, dh es ist eine Kraft erforderlich, um den Spalt zu öffnen. Ich glaube, dies hält die Erhaltung der Energie- und Ladungsgleichungen glücklich und lächelnd. Denken Sie daran, dass bei einem normalen Kondensator eine Anziehungskraft zwischen den beiden entgegengesetzt geladenen Platten besteht und diese Kraft versucht, das Auseinanderziehen der Platten zu verhindern.

Wenn die Kondensatorplatten mit zunehmendem Abstand an die Versorgung angeschlossen bleiben, muss die Spannung gleich bleiben, sodass die Ladung reduziert wird (weil C reduziert wird) und dies den Strom zurück in die Stromquelle drückt.

Unendlichkeiten können schwierig sein.

Die Kraft zwischen zwei geladenen Teilchen ändert sich umgekehrt mit dem Quadrat des Abstandes zwischen ihnen. Die Energie, die erforderlich ist, um den Abstand zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Teilchen von d ₁ auf d ₂ zu vergrößern, ist das Integral der Kraft über diesen Weg. Selbst wenn d ₂ unendlich ist, hat dieses Integral einen endlichen Wert.

Dieses Ergebnis verallgemeinert sich auf große Ansammlungen von Ladungen, beispielsweise auf den Platten eines Kondensators. In Bezug auf Ihre Frage bedeutet dies, dass die Kapazität der beiden Platten beim Auseinanderbewegen nicht gegen Null tendiert und die Spannung nicht gegen unendlich geht. Eine Möglichkeit, dieses Ergebnis zu interpretieren, besteht darin, zu sagen, dass jede Platte einzeln einen Mindestwert der Kapazität zum Universum "auf freiem Fuß" aufweist.

Es kann hilfreich sein, dies nicht als zwei parallele Platten, sondern als zwei konzentrische Kugeln zu visualisieren und die äußere Kugel auf einen unendlichen Radius wachsen zu lassen.

Es kann auch hilfreich sein, die Analogie zur Schwerkraft zu ziehen, die eine weitere Kraft mit umgekehrtem Quadrat ist. Ein Objekt, das selbst aus unendlich großer Entfernung auf die Erdoberfläche fällt, hat eine endliche Energiemenge (und eine endliche Geschwindigkeit), wenn es ankommt.

Beachten Sie, dass die Ladung nicht unbedingt auf den Tellern verbleibt. Insbesondere beim Laden eines Leyden-Gefäßes auf Hochspannung springen die Ladungen über den Luftspalt zwischen Folie und Gefäß, um direkt auf der dielektrischen Oberfläche zu sitzen. Sie können die Teller entfernen, aber die Ladung bleibt im Glas. Hier ist eine gute Demonstration https://www.youtube.com/watch?v=9ckpQW9sdUg

Sie können das ursprüngliche Gedankenexperiment jedoch mit einem Doppelschichtdielektrikum durchführen. Konstruieren Sie einen Kondensator aus zwei Folienstücken mit zwei Plastikfolien dazwischen. Laden Sie es dann auf Hochspannung auf, entfernen Sie die Folie, und die Plastikfolien bleiben zusammenkleben. Ziehen Sie dann die Plastikfolien auseinander und in einem perfekten Isoliermedium sollten sie voll aufgeladen bleiben. In Luft wäre ihre Oberflächenladungsdichte zu hoch und würde etwas abbluten, sobald sie getrennt werden, bis zu einer Grenze von 26,55 Mikrocoulomb pro Quadratmeter ( http://www.coe.ufrj.br/~acmq/efield.html) ... obwohl das immer noch ausreicht, um einen Ballon an die Decke zu kleben :)

Die Ladung bleibt auf den Platten eines Kondensators, es sei denn, diese Ladung kann an anderer Stelle transportiert werden. Wenn die geladenen Platten isoliert und dann im Vakuum auseinandergezogen werden, behalten sie ihre Ladung auf unbestimmte Zeit. Staub, Feuchtigkeit und Luft selbst können diese Ladung ungleich Null abführen.

Wie Ladungen abstoßen, so breiten sie sich über die Oberfläche eines Leiters aus. Die Platte oder Plattenbaugruppe würde nicht wirklich auseinandergedrückt werden, bis wir von unglaublich dichten Ladungen sprechen. Selbst dann würde ich erwarten, Staub einzufangen, die Luft zu ionisieren oder "Leiter" -Atome einzeln abzuwerfen, anstatt die Platte in einem makroskopischeren Maßstab auseinanderfallen zu lassen.