Capacitor conectado diretamente com a bateria


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Pode ser uma pergunta idiota / iniciante, mas estou tendo problemas para entender o que exatamente acontece quando conectamos um capacitor real diretamente a uma bateria.

No meu entendimento, teoricamente, quando um capacitor não carregado é conectado diretamente a uma bateria de, digamos, 9 volts, instantaneamente o capacitor será carregado e sua voltagem também se tornará 9V. Isso acontecerá porque não há resistência entre o capacitor e a bateria, portanto a variação da corrente no tempo será infinita. Obviamente, isso é verdade quando se fala em componentes ideais e circuitos não realistas.

Eu pensei que fazê-lo na vida real causaria faíscas, componentes danificados, explosões ou qualquer outra coisa. No entanto, vi alguns vídeos e as pessoas geralmente conectam baterias diretamente com capacitores. Além disso, a corrente que flui da bateria para o capacitor é de alguma forma de baixa magnitude, pois leva um tempo considerável para fazer com que o capacitor tenha a mesma voltagem que a bateria.

Gostaria de saber por que isso acontece, obrigado.

Este é um exemplo do circuito de que falei:

insira a descrição da imagem aqui

Respostas:


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Tanto a bateria quanto o capacitor têm uma resistência interna.

Seu capacitor se parece um pouco com o interior:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

É claro que eu não conheço seu capacitor, então não conheço a resistência interna exata, mas 3Ohm será uma aproximação suficientemente próxima.

O mesmo acontece na sua bateria, então você está fazendo o seguinte:

esquemático

simule este circuito

Então, agora, por um pequeno período de tempo, a corrente será máxima, mas é apenas cerca de 0,9A

É claro que quando você coloca um capacitor em uma bateria assim, você não fará um ótimo contato, então haverá uma resistência extra lá também, então pode até ser 0.7A.

A razão pela qual agora leva tempo é que, quando o capacitor é carregado, a tensão nos resistores diminui, a corrente também diminui, a tensão no capacitor aumenta mais lentamente e assim por diante, e assim por diante. aproxime a tensão da bateria cada vez mais devagar.

Quanto maiores os resistores ou os capacitores, mais tempo será necessário.

O momento em que está em 67% pode ser calculado por R * C.

Portanto, no exemplo que é: t (67%) = R * C = 10 * 220u = 2.2ms.

Mas se o capacitor for 22000uF (= 22mF), o tempo de RC, como é chamado, será de 220ms ou 0,22s para carregar com uma resistência total de 10Ohm. Mas com um capacitor desse tamanho, ele também pode ter uma resistência um pouco maior, o que tornará ainda mais lento.

E então é apenas em 67%. Os próximos 30% levarão muito mais tempo.

Editar nota; aumentou a resistência do bastão de 9V conforme o comentário de Nick.


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As baterias de 9V, em particular, têm uma resistência interna muito alta.
perfil completo de Nick Johnson

@ NickJohnson Eu pensei que sim, mas não conseguia me lembrar com certeza naquele momento, aumentarei o valor nas imagens e ajustarei a corrente.
Asmyldof

@NickJohnson E esse é um efeito colateral interessante de como eles são geralmente construídos: 6x células de 1,5V em série. Embora, mesmo assim, seja apenas ~ 1,7 Ω , compare ~ 0,25 Ω para AAA e ~ 0,12 Ω para AA.
Bob

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Baterias e capacitores reais têm uma resistência interna que atua para reduzir a corrente de carga do capacitor. Isso impedirá a morte e a destruição que você estava esperando. :-)

De qualquer forma, é difícil ver uma faísca produzida com 9 volts ...


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Na escola eletrônica que queimou um multímetro 750V com uma bateria de 9V quando mostrando como transformadores de trabalho (Foi um choque, literalmente).
akaltar

"é difícil ver uma faísca produzida com 9 volts ..." - bem, você pode facilmente queimar ("queimar" como em "fogo aberto e chama") um resistor de carbono de baixo ohm com bateria de 9V; Além disso, com 9V PSU (sem bateria, o Rint está muito alto - mas um PSU com <1 ohm Rint geralmente "funciona"), você pode criar faíscas facilmente "levemente" (ou seja, por pouco tempo e apenas com uma ponta do conector) terminais PSU com fio (obviamente isolado de espessura). Fiz isso duas vezes, por acidente - fios com isolamento fino e curto permanentes derreteram completamente o isolamento; outro fio (solto) criou uma fonte de faíscas. #DTTAH

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Além da resposta útil de Asmyld, vale a pena notar que, mesmo que todos os condutores estivessem supercondutores com resistência zero, a corrente inicial não seria infinita e a corrente decairia para zero .

Por que não corrente infinita? Como existe um loop de corrente, o circuito terá alguma indutância. Portanto, a corrente inicialmente aumentará a uma taxa de Vbatt / L. A tensão no capacitor dispara além do Vbatt para quase o dobro desse valor e depois reverte, dando um sinusóide amortecido centrado no Vbatt.

Por que amortecido? Estamos gerando um campo magnético variável no tempo. É assim que se produz uma onda eletromagnética (rádio). A potência no campo irradiado fará com que a oscilação da corrente desapareça.


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Como você diz, somente na "teoria" podemos obter resultados "ideais".
Usando fontes de energia e capacitores realistas , obtém -se resultados não ideais . Isso ocorre porque os componentes reais têm resistência "adicional", indutância e capacitância.
Embora nunca se possa obter resultados ideais, mantendo os componentes "adicionais" tão pequenos quanto possível, podemos obter resultados "próximos" do ideal.
No seu caso particular, a razão pela qual não houve "efeitos dramáticos" é que a bateria e o capacitor têm resistência interna . Portanto, o capacitor não carrega instantaneamente até a tensão da bateria. Carregará "lentamente" no "normal"
Resumindo, a razão pela qual os capacitores levam tempo para carregar é - resistência interna .

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