modelo SPICE para un condensador esférico de un terminal

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Tengo un circuito en el que al menos parte de la capacitancia proviene de conductores esféricos grandes y no radiantes. Me gustaría modelarlo en SPICE para comprender mejor su funcionamiento. ¿Es posible eso? Los condensadores que tengo disponibles son los dos dispositivos terminales ...

Sé que la capacidad de mi esfera es \ $ C = 4 \ pi \ epsilon_0 r \ $, donde \ $ r \ $ es el radio de la esfera. Estoy tratando de averiguar cómo representar eso en un circuito SPICE.

Actualizado para abordar los puntos hechos en comentarios y respuestas:

Esto es lo que originalmente quise decir con "no acoplado":

La autocapitancia de una esfera es \ $ 4 \ pi \ epsilon r \ $, donde \ $ r \ $ es el radio de la esfera.

Si tengo dos esferas del mismo radio la capacidad es:

\ $ 2 \ pi \ epsilon r \ sum_ {n = 1} ^ \ infty \ frac {\ sinh \ left (\ ln \ left (\ frac {d} {2r} + \ sqrt {\ left (\ frac {d} {2r} \ derecha) ^ 2-1} \ derecha) \ derecha)} {\ sinh \ izquierda (n \ cdot \ ln \ izquierda (\ frac {d} {2r} + \ sqrt {\ izquierda ( \ frac {d} {2r} \ right) ^ 2-1} \ right) \ right)} \ $, donde \ $ d \ $ es la distancia entre los centros de la esfera.

La suma de los límites a 1 cuando \ $ d \ $ va al infinito, y los términos restantes probablemente pueden interpretarse como la autocapitancia de cada esfera en serie. Entonces, la capacitancia total es la autocapitancia de cada uno en serie, más, lo que llamaré una "capacitancia mutua" causada por la interacción de los campos eléctricos y que es una función de la distancia.

Por "no acoplado", quise decir que este término de capacitancia mutua dependiente de la distancia es arbitrariamente pequeño, dejando solo la autocapitancia. Probablemente la elección equivocada del lenguaje. El valor de la capacitancia no depende de nada más en el circuito, pero obviamente la Ley de Gauss todavía se mantiene.

    
pregunta Omegaman

3 respuestas

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El condensador no está acoplado a los otros nodos.

En este caso, el condensador no está afectando su circuito, por lo que no necesita modelarlo. Según la ley actual de Kirchoff, su circuito no puede suministrar ninguna corriente al capacitor esférico sin estar conectado a lo que sea que esté acoplado al capacitor esférico (que probablemente sea en su mayoría tierra).

Si desea que su circuito pueda entregar carga al capacitor esférico, también debe conectarlo a tierra (o cualquier objeto similar a tierra que esté cerca del capacitor). Luego, por supuesto, la tierra se convierte en un nodo en su circuito y ya no es cierto que el condensador no esté conectado a otros nodos de su circuito.

Respondiendo a algunos comentarios:

  

Acoplado como?

Estaba usando la palabra que usaste. Supuse que te referías a las líneas de campo eléctrico entre la esfera y las cosas a las que podría estar acoplado.

  

La capacitancia es una medida de la energía almacenada en el campo eléctrico, pero seguramente podría elevar una esfera lo suficientemente lejos de la tierra para que la intensidad del campo sea insignificante en el suelo y aún así almacenar la carga (y la energía) en la esfera.

Tendrías que transportar la carga a la esfera desde algún lugar. Eso formaría un circuito que incluye ese otro lugar.

Si la carga proviene de algún lugar de su circuito (elevada en el espacio junto con la esfera), entonces ya tuvo un desequilibrio de carga entre el sistema de esfera + circuito y la tierra (aunque esté muy lejos), y ya habría Tenía un campo eléctrico desarrollado. Mover la carga de los otros elementos del circuito a la esfera no cambiaría apreciablemente el campo entre el sistema de la esfera + circuito y la Tierra, por lo que no almacenaría ninguna energía adicional.

  

¿Está utilizando el razonamiento circular KCL: toda la corriente que ingresa a una unión debe salir de la conexión, por lo tanto, debe haber una conexión?

KCL también se puede aplicar a cualquier superficie cerrada. Si define una superficie cerrada que rodea el condensador esférico y el resto de su circuito, entonces la corriente neta a través de esa superficie debe ser cero. Obviamente, ya que ha impuesto esta superficie entre la esfera y el suelo (o lo que sea), debe incluir la corriente de desplazamiento.

    
respondido por el The Photon
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Debe analizar cuál es la capacidad de la esfera para todos los puntos relevantes de su circuito. SPICE no puede hacer esto por usted; comprende dos dispositivos terminales (como un condensador) pero la esfera tendrá una multitud de condensadores que emanan de un punto común con cada condensador conectado a los nodos relevantes en su circuito. Debe hacer esto antes de ver las implicaciones de rendimiento del circuito en SPICE.

Algunos nodos no serán importantes (como los rieles eléctricos) pero los nodos de alta impedancia podrían ser muy relevantes, así que calcule la capacitancia a cada nodo desde la esfera (supongo que es muy conductora) y modele en SPICE como un grupo de condensadores que conectan cada nodo a un nodo común. Si la esfera está conectada galvánicamente a otro nodo, el nodo común también debe conectarse en SPICE.

    
respondido por el Andy aka
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Representa un sistema de N conduciendo esferas utilizando un circuito que comprende N +1 nodos para representar los potenciales de esfera y 'tierra', es decir El potencial del entorno. Cada nodo i está conectado a todos los demás nodos j a través de una capacitancia C _ ij . Eso es un total de 0.5 * N * ( N +1) capacitores.

Una sola esfera está representada por un solo condensador (su autocapitancia) con un nodo conectado a tierra y el otro al potencial de la esfera. Dos esferas requieren tres capacitancias. Dos entre las esferas y tierra (sus autocapacidades) y una entre las dos esferas (su capacidad mutua)

La parte tediosa es obtener los valores necesarios para estos condensadores, que es un ejercicio en la electrostática clásica. Para sistemas simples probablemente puedes usar estimaciones. Para casos más complicados, necesita usar un paquete CAD.

    
respondido por el Chuck

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