Điều gì xảy ra khi các bản của một tụ điện sạc đầy được cách ly với nhau?

Tôi là một sinh viên kỹ thuật cơ khí và tôi đang làm việc trong một dự án liên quan đến tụ điện cao thế.

Tôi hiểu rằng khi sự tách biệt giữa các bản của một tụ điện tích điện tăng lên, điện áp tăng lên. Nhưng tôi thực sự muốn biết điều gì xảy ra với các bản nếu tụ được sạc đầy, ngắt kết nối với mạch sạc và sau đó các bản được di chuyển cách nhau một khoảng cách vô hạn. Mỗi tấm sẽ vẫn được tính phí?

Sạc = điện dung x điện áp ( )$Q=C\cdot V$

Nếu tụ điện có điện áp trên các bản của nó và nguồn cung cấp bị ngắt, điện tích vẫn không phụ thuộc vào khoảng cách, do đó, nếu khoảng cách tăng (và điện dung giảm) thì điện áp tăng theo tỷ lệ. Nếu các tấm được đưa đến một khoảng cách vô hạn, điện áp sẽ trở thành vô hạn.

Cần lưu ý rằng năng lượng "giữ" trong tụ tăng khi các tấm được tách ra, tức là

Năng lượng =$\dfrac{CV^2}{2}$

Sự gia tăng năng lượng xảy ra do công việc (joules) phải được thực hiện để di chuyển các tấm cách nhau vật lý tức là có một lực cần thiết để mở ra khoảng cách. Điều này, tôi tin rằng giữ cho tất cả các bảo tồn năng lượng và phương trình điện tích hạnh phúc và mỉm cười. Hãy nhớ rằng, trên một tụ điện thông thường, có một lực hấp dẫn giữa hai bản tích điện trái dấu và chính lực này đang cố gắng ngăn các bản bị tách ra.

Nếu các bản tụ vẫn được kết nối với nguồn cung cấp, vì khoảng cách tăng điện áp phải giữ nguyên do đó điện tích bị giảm (vì C giảm) và điều này đẩy dòng điện trở lại nguồn điện.

Infinities có thể là khó khăn.

Lực giữa hai hạt tích điện thay đổi ngược chiều với bình phương khoảng cách giữa chúng. Năng lượng cần thiết để tăng khoảng cách giữa hai hạt tích điện trái dấu từ d ₁ đến d ₂ là tích phân của lực trên đường đi đó. Ngay cả khi d ₂ là vô hạn, tích phân này có giá trị hữu hạn.

Kết quả này khái quát cho các tập hợp lớn các điện tích trên, ví dụ, các bản của một tụ điện. Điều này có nghĩa gì trong câu hỏi của bạn là điện dung của hai bản không thực sự có xu hướng về 0 khi chúng bị tách rời và điện áp không đi đến vô tận. Một cách để giải thích kết quả này là nói rằng mỗi tấm riêng lẻ có một số giá trị điện dung tối thiểu đối với vũ trụ "nói chung".

Nó có thể giúp hình dung điều này không phải là hai tấm song song, mà là hai quả cầu đồng tâm, và cho phép quả cầu bên ngoài phát triển đến bán kính vô hạn.

Nó cũng có thể giúp vẽ tương tự với trọng lực, đó là một lực bình phương nghịch đảo khác. Một vật thể rơi xuống bề mặt Trái đất, thậm chí từ rất xa, có một lượng năng lượng hữu hạn (và vận tốc hữu hạn) khi nó đến.

Hãy nhớ rằng phí không nhất thiết phải ở trên các tấm. Đặc biệt là sạc một bình sữa Leyden lên điện áp cao, các điện tích sẽ nhảy khoảng cách không khí giữa giấy bạc và bình để ngồi trực tiếp trên bề mặt điện môi. Bạn có thể loại bỏ các tấm, nhưng phí vẫn còn với bình. Đây là một minh chứng tốt https://www.youtube.com/watch?v=9ckpQW9sdUg

Nhưng bạn có thể thực hiện thí nghiệm suy nghĩ ban đầu bằng cách sử dụng lớp điện môi hai lớp. Xây dựng một tụ điện từ hai mảnh giấy bạc, với hai tấm nhựa giữa chúng. Sau đó sạc nó lên điện áp cao, loại bỏ giấy bạc và các tấm nhựa sẽ vẫn dính lại với nhau. Sau đó bóc các tấm nhựa ra và trong một môi trường cách nhiệt hoàn hảo, chúng vẫn phải được sạc đầy. Trong không khí, mật độ điện tích bề mặt của chúng sẽ quá cao và làm chảy máu ngay khi chúng tách ra, xuống tới 26,55 microcoulomb trên mỗi mét vuông giới hạn http://www.coe.ufrj.br/~acmq/efield.html ... mặc dù điều đó vẫn đủ để gắn một quả bóng bay lên trần nhà :)

Điện tích sẽ ở trên các tụ điện trừ khi điện tích đó có thể được mang đi nơi khác. Nếu các tấm tích điện bị cô lập, sau đó được tách ra trong chân không, chúng sẽ giữ điện tích của chúng vô thời hạn. Bụi, độ ẩm, không khí, tất cả đều có thể mang theo điện tích khác.

Giống như điện tích đẩy lùi, vì vậy chúng trải rộng trên bề mặt của một dây dẫn. Việc lắp ráp tấm hoặc tấm sẽ không thực sự bị đẩy ra cho đến khi chúng ta nói về phí cực kỳ dày đặc. Thậm chí sau đó, tôi hy vọng sẽ thu được bụi, ion hóa không khí hoặc loại bỏ các "nguyên tử" một lúc chứ không làm cho tấm bị vỡ ra ở bất kỳ quy mô vĩ mô nào nữa.