¿Cómo bloquea la CC un condensador?

Creo que ayudaría a entender cómo un capacitor bloquea la CC (corriente continua) mientras permite la CA (corriente alterna).

Comencemos con la fuente más simple de CC, una batería:

Cuando esta batería se usa para alimentar algo, electrones se introducen en el + lado de la batería y sacó el – lado.

Conectemos algunos cables a la batería:

Todavía no hay un circuito completo aquí (los cables no van a ninguna parte), por lo que no hay flujo de corriente.

Pero eso no significa que no haya ningún flujo de corriente. Verá, los átomos del alambre de cobre están formados por núcleos de átomos de cobre, rodeados por sus electrones. Puede ser útil pensar en el alambre de cobre como iones de cobre positivos, con electrones flotando alrededor:

Nota: utilizo el símbolo e ^– para representar un electrón

En un metal, es muy fácil empujar los electrones. En nuestro caso tenemos una batería adjunta. Es capaz de succionar algunos electrones del cable:

El cable conectado al lado positivo de la batería tiene electrones succionados . Luego, esos electrones se expulsan del lado negativo de la batería hacia el cable conectado al lado negativo.

Es importante tener en cuenta que la batería no puede eliminar todos los electrones. Los electrones generalmente se sienten atraídos por los iones positivos que dejan atrás; por lo que es difícil eliminar todos los electrones.

Al final, nuestro cable rojo tendrá una leve carga positiva (porque le faltan electrones), y el cable negro tendrá una leve carga negativa (porque tiene electrones adicionales).

Entonces, cuando conecte la batería por primera vez a estos cables, solo un un poco fluirá un poco de corriente. La batería no es capaz de mover muchos electrones, por lo que la corriente fluye muy brevemente y luego se detiene.

Si desconectaste la batería, la volteaste y la volviste a conectar: los electrones del cable negro serían absorbidos por la batería y empujados hacia el cable rojo. Una vez más, solo fluiría una pequeña cantidad de corriente, y luego se detendría.

El problema con solo usar dos cables es que no tenemos muchos electrones para empujar. Lo que necesitamos es una gran cantidad de electrones con los que jugar: un gran trozo de metal. Eso es lo que es un condensador: un gran trozo de metal unido a los extremos de cada cable.

Con este gran trozo de metal, hay muchos más electrones que podemos empujar fácilmente. Ahora el » El lado «positivo» puede tener muchos más electrones succionados y el lado «negativo» puede tener muchos más electrones empujados hacia él:

Entonces, si aplica una fuente de corriente alterna a un capacitor, parte de esa corriente podrá fluir, pero después de un tiempo se ejecutará sin electrones para empujar, y el flujo se detendrá. Esto es una suerte para la fuente de CA, ya que luego se invierte y la corriente puede fluir una vez más.

Pero, ¿por qué un capacitor nominal en voltios CC

Un condensador no es sólo dos trozos de metal. Otra característica de diseño del condensador es que utiliza dos trozos de metal muy uno al otro (imagina una capa de papel encerado intercalada entre dos hojas de papel de aluminio).

La razón por la que usan «papel de aluminio» separado por «papel encerado» es porque quieren que los electrones negativos estén muy cerca de los «agujeros» positivos que dejaron atrás. Esto hace que los electrones sean atraídos por los «huecos» positivos:

Porque los electrones son negativos , y los «huecos» son positivos, los electrones son atraídos por los huecos. Esto hace que los electrones permanezcan allí. Ahora puede quitar la batería y el capacitor realmente retendrá esa carga.

Esta es la razón por la que un capacitor puede almacenar una carga; los electrones son atraídos por los agujeros que dejaron atrás.

Pero ese papel encerado no es un aislante perfecto; va a permitir alguna fugas. Pero el verdadero problema surge si tiene demasiados electrones acumulados. El campo eléctrico entre las dos « placas » del condensador puede llegar a ser tan intenso que provoca una rotura del papel encerado, dañando permanentemente el condensador:

En realidad, un condensador no está hecho de papel de aluminio y papel encerado (ya); utilizan mejores materiales. Pero todavía hay un punto, un » voltaje «, donde el aislante entre las dos placas paralelas se rompe, destruyendo el dispositivo. Este es el máximo nominal CC voltaje.

Comentarios

• +1 Una gran explicación, imágenes y ejemplos.
• +1. Una de las mejores explicaciones que ‘ he leído sobre los condensadores.
• Una buena explicación, pero no ‘ t responda la pregunta del OP ‘ s de manera directa: Con CA, tiene una variación instantánea en el voltaje. En cada punto de la onda de CA, el voltaje varía y cuando tiene un condensador en el circuito, este cambio / variación de voltaje se puede transmitir a través del dieléctrico al otro lado / plano a través de un campo eléctrico de intensidad variable. Por lo tanto, la corriente fluye en el circuito a pesar de que el dieléctrico es un aislante del flujo de electrones.
• Necesita pensar en esto en términos de ondas con electrones / polarización molecular actuando como un medio / medio para las ondas.
• Los capacitores @Fennekin no permiten que la corriente CC fluya ya sea sola, conectada en serie o conectada en paralelo. Pero, nuevamente, eso ‘ s en el estado estable. Todavía habrá una ráfaga inicial de algo actual; ya sea que estén conectados en serie, en paralelo o solos.

Déjame ver si puedo agregar una perspectiva más para las otras 3 respuestas.

Los condensadores actúan como un corto en altas frecuencias y un abierto en bajas frecuencias.

Así que aquí hay dos casos:

Condensador en serie con señal

En esta situación, AC puede pasar, pero DC está bloqueado. Esto se denomina comúnmente condensador de acoplamiento.

Condensador en paralelo con señal

En esta situación, DC puede pasar, pero AC tiene un cortocircuito a tierra, lo que hace que se bloquee. Esto se denomina comúnmente condensador de desacoplamiento.

¿Qué es CA?

He utilizado los términos «High Freq» y «Low Freq» de forma bastante vaga, ya que en realidad no tienen ningún número asociado. Hice esto porque lo que se considera bajo y alto depende de lo que esté sucediendo en el resto de circuito. Si desea obtener más información sobre esto, puede leer acerca de los filtros de paso bajo en Wikipedia o en algunos de nuestros filtro RC preguntas.

Clasificación de voltaje

El voltaje que ve con los capacitores es el voltaje máximo que puede aplicar de manera segura al capacitor antes de que comience a correr el riesgo de que el capacitor se rompa físicamente. A veces, esto sucede como una explosión, a veces un incendio o, a veces, simplemente se calienta.

Comentarios

• Kellen, agradezco el uso de imágenes, pero me falta una respuesta a la pregunta cómo bloquea el límite a DC. Simplemente dices que sí.
• @Stevenvh Sentí que la confusión que tenía el OP no era sobre la física de cómo bloquea DC, sino por qué se usa si bloquea DC. Además, me imaginé que tu respuesta hizo bastante bien al explicarlo a un nivel más físico y no ‘ creía que pudiera explicar esa parte mejor que tú.

La explicación está en el hecho de que las cargas opuestas se atraen entre sí. Un condensador es una construcción compacta de 2 placas conductoras separadas por un aislante muy delgado. Si le pone CC, un lado se cargará positivamente y el otro lado negativamente. Ambas cargas se atraen entre sí pero no pueden atravesar la barrera aislante. No hay flujo de corriente. Así que ese es el final de la historia para DC.
Para AC es diferente. Un lado se cargará sucesivamente positiva y negativamente, y atraerá cargas negativas y positivas respectivamente. Entonces, los cambios en un lado de la barrera provocan cambios en el otro lado, de modo que parece que las cargas atraviesan la barrera, y esa corriente fluye efectivamente a través del condensador.

Un condensador cargado siempre está cargado con CC, es decir, un lado tiene las cargas positivas y el otro lado las negativas. Estas cargas son un almacenamiento de energía eléctrica , que es necesario en muchos circuitos.

El voltaje máximo está determinada por la barrera aislante. Por encima de cierto voltaje, se romperá y creará un cortocircuito. Eso puede suceder con CC pero también con CA.

Una forma sencilla de pensar es que un condensador en serie bloquea DC, mientras que un capacitor en paralelo ayuda a mantener un voltaje constante.

Se trata en realidad de dos aplicaciones del mismo comportamiento: un capacitor reacciona para tratar de mantener constante el voltaje a través de sí mismo. En el caso de la serie, es bastante feliz eliminar una diferencia de voltaje constante, pero cualquier cambio abrupto en un lado pasará al otro para mantener la diferencia de voltaje constante. En el caso paralelo, cualquier cambio abrupto de voltaje será reaccionó.

Comentarios

• buena respuesta simple, felicitaciones

Esta no es una respuesta muy técnica, pero es una explicación gráfica que encuentro muy divertida y simple:

Comentarios

• Sí, bueno, pero ‘ obtendrás en problemas si realmente intenta explicar esa ruta de CA! 🙂
• @stevenvh sí, por supuesto que lo sé ‘ un poco estúpido, pero yo ‘ ve Siempre lo encontré inteligente 🙂
• Es una respuesta extraña: D: D: D: D: D
• En realidad, me ayudó mucho a entender claramente qué es un capacitor. ¡Gracias!

La cantidad de carga que se desarrolla a través de las placas de un capacitor con un voltaje dado. a través de sus terminales se rige por la fórmula:

\ $ Q = C \ times V \ $ (carga = capacitancia * voltaje)

Diferenciar ambos lados (la corriente es la derivada del tiempo de carga), da:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $ (corriente = capacitancia * la tasa de cambio de voltaje)

Voltaje CC es lo mismo que decir \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Por lo tanto, un capacitor no permite que la corriente fluya «a través» de él para voltaje de CC (es decir, bloquea CC).

El voltaje a través de las placas de un capacitor también debe cambiar de manera continua, por lo que los capacitores tienen el efecto de «sostener» un voltaje una vez que se cargan, hasta que El voltaje se puede descargar a través de una resistencia. Por lo tanto, un uso muy común de los condensadores es estabilizar los voltajes de los rieles y desacoplar los rieles de la tierra.

La clasificación de voltaje es la cantidad de voltaje que puede aplicar a través de las placas antes de que las fuerzas electrostáticas rompan las propiedades del material de la material dieléctrico entre las placas que lo rompe como un condensador :).

Mi respuesta a tales preguntas es siempre «agua «. El agua que fluye a través de las tuberías es una analogía sorprendentemente precisa de la corriente que fluye a través de los cables. La corriente es la cantidad de agua que fluye a través de una tubería. La diferencia de voltaje se convierte en la diferencia en la presión del agua. Se supone que las tuberías deben estar planas, por lo que la gravedad no juega ningún papel.

En tal analogía, una batería es una bomba de agua y un capacitor es un membrana de goma que bloquea completamente la tubería. DC es agua que fluye constantemente en una dirección a través de una tubería. CA es agua que fluye hacia adelante y hacia atrás todo el tiempo.

Con esto en mente, debería ser obvio que un capacitor bloquea la CC: dado que la membrana solo puede estirarse hasta cierto punto, el agua no puede seguir fluyendo En la misma dirección. Habrá algo de flujo mientras la membrana se estira (es decir, el capacitor se carga), pero en un punto se estira lo suficiente como para equilibrar completamente la presión del agua, bloqueando así cualquier flujo adicional.

También resulta obvio que un condensador no bloqueará la CA por completo, pero depende de las propiedades de la membrana.Si la membrana es lo suficientemente elástica (alta capacitancia), no supondrá ningún desafío para el agua que fluye hacia adelante y hacia atrás rápidamente. Si la membrana es realmente bastante rígida (por ejemplo, una lámina delgada de plástico), esto corresponde a una capacitancia baja, y si el agua fluye hacia adelante y hacia atrás lentamente, dicho flujo se bloqueará, pero las oscilaciones de frecuencia muy alta aún lo lograrán.

Esta analogía ha sido tan excepcionalmente útil para mí que realmente me pregunto por qué no se usa más ampliamente.

Comentarios

• Un amigo me ayudó a entender por qué esta analogía no se usa más ampliamente: ¡aparentemente él tiene tan poca intuición para el flujo de agua en las tuberías como para el flujo de corriente en los cables!

En primer lugar, un condensador bloquea la CC y tiene una impedancia más baja que la CA, mientras que un inductor tiende a bloquear la CA pero pasa CC muy fácilmente. Al «bloquear», significa que ofrece una alta impedancia a la señal de la que estamos hablando.

Sin embargo, primero debemos definir algunos términos para explicar esto. Sabes lo que es la resistencia, ¿verdad? La resistencia es la oposición al flujo de corriente que resulta en la quema de energía, medida en vatios. No importa si la corriente es CA o CC, la potencia disipada por una resistencia perfecta es la misma para cualquiera.

Entonces, la resistencia es un tipo de «impedancia» al flujo de corriente. Hay otros 2: «reactancia inductiva» y «reactancia capacitiva». Ambos también se miden en ohmios, como la resistencia, pero ambos son diferentes en que, por un lado, varían con la frecuencia, y por otro, en realidad no consumen energía como lo hace una resistencia. Así que en conjunto, hay 3 tipos de impedancia: resistiva, inductiva y capacitiva.

La cantidad de bloqueo o impedancia de los inductores en ohmios se puede determinar mediante:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

Donde 2pi es aproximadamente 6.28, f es la frecuencia (CA, obviamente) de una señal, L es la inductancia medida en henries y donde «X sub L» es la reactancia inductiva en ohmios.

La reactancia inductiva es la impedancia de un componente debido a la inductancia; es un tipo de resistencia, pero en realidad no quema potencia en vatios como lo hace una resistencia, y dado que se debe proporcionar «f» para la frecuencia, el valor varía con la frecuencia para un inductor dado.

Observe que a medida que aumenta la frecuencia, también lo hace la impedancia (resistencia de CA) en ohmios. Y observe que si la frecuencia es igual a cero, luego también lo hace la impedancia: una frecuencia de cero significa CC, por lo que los inductores prácticamente no tienen resistencia al flujo de corriente CC. Y a medida que aumenta la frecuencia, también lo hace la impedancia.

Los condensadores son lo opuesto: la fórmula para la reactancia capacitiva es

$$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} $$

Aquí, C es la capacitancia del límite en faradios, «2pi» y «f» son los mismos que los anteriores y «X-sub-C» es la reactancia capacitiva en ohmios . Observe que aquí, la reactancia es «uno dividido por» la frecuencia y la capacitancia; esto da como resultado valores de impedancia que disminuyen con la frecuencia y la capacitancia. Entonces, si la frecuencia es alta, la impedancia será baja, y si la frecuencia es cercana a cero, que es CC, la impedancia será casi infinita; en otras palabras, los condensadores bloquean CC, pero pasan CA, y cuanto mayor es la frecuencia de la señal de CA, menor es la impedancia.

Iré por la toma cualitativa de respuesta más corta -Enfoque alejado:

Un condensador a través de los rieles de CC está ahí, en efecto, para cortocircuitar cualquier señal de CA que de otro modo podría llegar a los rieles de suministro, por lo que la cantidad de CA en su CC circuito se reduce.

La clasificación de voltaje en una tapa es el voltaje máximo (suma de CC y cualquier CA presente!) que la tapa debe ver. Supere este voltaje y el la tapa fallará.