전류는 흐르면서 커패시터는 어떻게 충전 할 수 있습니까?

커패시터는 전하를 저장한다고 말합니다. Wikipedia를 통해 읽는 것만으로도 찾을 수 있습니다.

Daniel Gralath는 충전 용기 용량 을 늘리기 위해 여러 개의 병을 병렬로 "배터리"로 결합한 최초의 기업 입니다. 벤자민 프랭클린 (Benjamin Franklin)은 라이덴 (Leyden) 병을 조사하여 다른 사람이 생각한 물이 아니라 유리에 충전물이 저장 되었다는 결론에 도달했다 .

도체 (또는 플레이트)가 서로 가깝기 때문에, 전기장으로 인해 도체의 반대 전하가 서로 끌어 당겨 커패시터가 도체가 분리 된 경우보다 주어진 전압에 대해 더 많은 전하 를 저장할 수있어 커패시터에 큰 정전 용량이 제공됩니다. .

여기서 Q는 커패시터에 저장된 전하 입니다.

충전은 쿨롱으로 측정되며, 1F 커패시터의 전압이 1V이면 1C의 전하가 저장되는 것을 커패시턴스의 정의에서 알고 있습니다. 쿨롱이 6.241 × 10 ¹⁸ 전자 인 경우, 이 커패시터의 어딘가에 6.241 × 10 ¹⁸ 전자 가 있어야합니다 .

그러나 이제 이것을 고려하십시오. 커패시터를 일부 AC 전압 소스에 대한 부하로 사용하면 일부 전류가 흐릅니다 (전압, 주파수 및 커패시턴스에 따라 정확한 양).

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

커패시터의 양쪽에 전구를 넣으면 불이 들어 오기 때문에 전류 가이 회로 주위로 계속 흐르고 있음을 알고 있습니다. 그러나이 회로 주위에 전류가 흐르면 커패시터는 어떻게 "충전을 저장"합니까? 다시 말해, 전류가 회로 주위로 흐르면 어떻게 전자를 커패시터에 넣을 수 있습니까? 전자를 꺼내지 않고 전자를 넣을 수 없다면 커패시터가 어떻게 전자를 저장할 수 있습니까?

그것은 간단합니다. 커패시터 는 전하를 저장 하지 않고 에너지를 저장 합니다 . 단일 플레이트 또는 절연체를 고려하지 않고 완전한 커패시터의 순 전하는 변하지 않습니다. 한 판의 음전하 증가는 다른 판의 음전하 감소와 정확히 균형을 이룹니다. 따라서 전류가 한 터미널에 입력되면 동일한 전류가 다른 터미널을 떠나야합니다.

이것은 만화 버전의 일종이지만 내 머리에서 작동합니다.

커패시터에는 절연 갭이 있으므로 개별 전자 가 한 터미널에서 다른 터미널로 이동할 수 없습니다 . 따라서 들어간 전자는 반대쪽으로 나오는 전자와 다릅니다. 대신, 들어오는 전자는 한 판에서 "정지"됩니다. 그러나 그 전자의 전기장은 다른 쪽에서 전자를 쫓아 내고, 다른 쪽 판에서 나오는 전자는 결국 소스에 도달합니다. 우리는 완전한 회로를 가지고 있지만 전자는 한 판에 쌓이고 구멍은 다른 판에 쌓입니다!

이제, 접시에 쌓일 수있는 전자의 수에는 한계가 있습니다. 전자는 서로를 격퇴하므로, 더 많이있을수록 다른 사람이 붙는 것이 더 어려워집니다. 우리는 그것들을 함께 접시 위에 머물게하는 무언가가 필요합니다. 전압입니다. 반대로, 전자가 서로를 물리 치기 위해 노력한다는 사실은 회로 주위에서 전자를 이동시키려는 힘인 전압이기도합니다.

이제 들어오는 전자가 다른 전자 판에서 느슨해지면, 나가는 전자는 들어오는 전자보다 에너지가 적어 충전 커패시터의 전압 강하를 설명합니다.

물론, 전자가 거시적 규모로 갈 곳이 없더라도 전자는 여전히 유지되지 않습니다. 그들은 모두 서로를 격퇴하고 서로의 전기장을 "튀는"것입니다. 이러한 필드가 너무 강해지면 (전압이 너무 높아짐) 상호 작용으로 인해 전자가 플레이트 사이의 유전체 장벽을 관통 할 수 있습니다. 플레이트 양단의 전압이 너무 높아지면 캡의 누설 전류가 증가합니다. 너무 오래 걸리면 유전체가 손상되어 더 이상 뚜껑이 잘 닫히지 않습니다.

충전 은 많은 것을 의미 할 수 있습니다. 폭탄이나 선불 신용 카드를 충전하는 것처럼 에너지로 커패시터를 충전하는 것에 대해 이야기 할 수 있습니다. 쿨롱 단위로 측정되는 전하 에 대해서도 취할 수 있습니다 .

약 6.241 × 10 ¹⁸ 전자가 실제로 1C를 차지한다. 그러나 사람들 이 커패시터에서 전하에 대해 이야기 할 때 쿠키 항아리의 쿠키에 대해 이야기하는 것처럼 커패시터의 전자에 대해 이야기하지 않습니다. 그들은 다른 것에 대해 이야기하고 있습니다. 혼란 스럽지만 어쨌든 그들이하는 일입니다.

그들이 실제로 말하는 것은 전류 의 적분 입니다. 즉, 흐르는 평균 전류, 흐르는 시간의 시간입니다. 전류가 암페어 단위 로 측정 되고 시간이 초 단위 로 측정되면 전류 를 가져 와서 시간을 곱하면 암페어 단위로 측정됩니다. 그리고 당신이 기억한다면 암페어는 초당 1 쿨롱을 의미합니다. 그러므로:

즉, 암페어-초는 쿨롱입니다. 전류의 적분은 충전 입니다. 사람이 커패시터는 "요금 1C를 저장"하고 있다고 그래서 때, 그들은 콘덴서 전자의 1C이 의미하지 않는다, 요금 그들은 평균 1c는 통과 를 통해 커패시터. 커패시터는 이제 1C 충전을 반대 방향으로 되돌릴 수있는 충분한 에너지를 포함한다는 점에서 많은 전하를 "저장"하고있다.

축전기는 전하 저장 장치보다 에너지 저장 장치로 생각하는 것이 좋습니다. 커패시터에 전류가 흐르면 단자에 전압이 축적됩니다. 이 전압은 플레이트 사이의 거리만큼 분리되어 전기장을 생성합니다. 이 필드는 에너지가 저장되는 곳입니다. 반면에 인덕터는 자기장과 함께 에너지를 저장합니다.

전류가 흐르면 커패시터의 각 반대 판에 반대 전하가 축적됩니다. 전자는 회로를 돌아 다니려고 노력하지만 커패시터 판에서 멈추고 한쪽에는 음전하가, 다른쪽에는 양전하가 남습니다. 각 전하의 크기는 다음 방정식으로 설명 할 수 있습니다.

C = Q / V

커패시터가있는 회로가 안정 될 때까지 전류가 계속 흐르고 충전이 계속 누적됩니다. 예를 들어 회로가 단순히 배터리, 저항 및 커패시터 인 경우 커패시터 전압이 배터리 전압과 같아 질 때까지 전류가 계속 흐릅니다. 따라서 전류가 변하지 않는 정상 상태 DC 회로에서 커패시터는 단자 양단의 전압 및 커패시턴스에 비례하여 누적 전하가있는 개방 회로로 나타납니다.

그러나 DC가 아닌 회로의 경우 커패시터의 동작을 설명하는 더 좋은 방법은 다음과 같습니다.

I = C * (dV / dt)

따라서 사인파 전압 소스가있는 경우 커패시터를 "통과"하는 전류는 지속적으로 변하고 누적 된 전하는 절대 일정하지 않습니다. 반 물병을 앞뒤로 기울인다 고 상상해보십시오. DC 회로에서 물은 전류처럼 계속 흐르지 않지만 여전히 작동하고 있습니다. 물병에 기괴한 터빈 장치가 있으면 물병이 다른 방향으로 기울어 질 때 방향이 바뀌기 만하면서 끊임없이 회전합니다.

마지막으로, DC 회로에서, 동일하고 반대 전하가 커패시터의 각 측면 플레이트에 저장된다. 커패시터는 전자를 전혀 저장하지 않습니다. 요금을 저장합니다. 한 쪽에서 온 전자는 외부 전압 차이에 의해 유발되는 것처럼 회로 주변에서 다른쪽으로 이동합니다. 그 결과 한쪽에 전자가 집중되고 다른쪽에 전하가 없어집니다. AC 회로에서도 이와 동일한 현상이 발생하지만 지속적으로 변화하고 있습니다. 공급 전압이 변경 되 자마자 전자는 동일한 방식으로 플레이트에 끌리지 않고 동원되기 시작합니다. 이러한 전자가 전구와 같은 부하를 통과하면 작동하고 전구가 켜집니다. 따라서 전류가 실제로 회로 주위로 흐르지 않습니다. 그것은 단지 병 속의 물처럼 앞뒤로 움직입니다. 하나, 전구를 켜는 데 필요한 것은 전자를 움직이는 것입니다. 전구는 움직이는 방향을 신경 쓰지 않으며 전환 속도가 충분히 빠르면 눈이 방향 변경을 인식하지 못합니다.

또한 이상적인 커패시터에 대해 이야기하고 있습니다. 실제로 충분한 주파수에서 커패시터는 인덕터처럼 보입니다 (V = L * (di / dt)).

편집하다:

구체적인 질문에 대답하려면 : 전하는 커패시터에 어디에 저장되어 있습니까?

완전한 커패시터 내에는 순 전하가 저장되지 않습니다. 그러나, 평행 판 모델을 사용하면 , 동일하고 반대의 크기 Q의 전하가 각각의 플레이트에 위치된다. 외부 전압이 커패시터에인가 될 때, 전자는 더 높은 전위를 갖는 플레이트로부터 도망하고 더 낮은 전위를 갖는 플레이트로 끌어 당겨진다. 이 축적 된 전자는 해당 플레이트에 음전하를 형성하고 다른 플레이트에서 전자가 없으면 양전하를 형성합니다. 각각의 총 전하 Q의 실제 크기는 전압 V와 커패시턴스 C에 의해 결정됩니다.