¿Por qué no hay capacitores de cables?

Dos cables do hacen un condensador. Sólo uno muy pequeño. Para placas paralelas, la capacitancia se puede calcular como:

$$ C = \ frac {\ varepsilon A} {d} $$

Donde:

• \ $ \ varepsilon \ $ es la permitividad del dieléctrico, que es principalmente aire para algunos cables, con \ $ \ varepsilon \ approx 8.85 \ cdot 10 ^ {- 12} \ mathrm F / \ mathrm m \ $.
• \ $ A \ $ es el área de las placas
• \ $ d \ $ es la distancia entre las placas

Para dos cables ordinarios en un circuito, \ $ A \ $ es muy pequeño, y \ $ d \ $ es muy grande, en comparación con las distancias en su capacitor típico. Por lo tanto, la capacitancia es realmente muy pequeña, y podemos descuidarla en la mayoría de los casos.

En cuanto a tu segunda pregunta, debes tener cuidado con las palabras que usas. ¿ carga significa carga eléctrica o cuánta energía ha almacenado en el condensador? No soy la única persona frustrada por el vocabulario contradictorio en torno a los condensadores . Haré mi mejor esfuerzo para ser claro.

El desequilibrio de carga se se extiende a lo largo del cable, en un sentido. Entre los terminales de la batería, o entre dos puntos a lo largo del cable, o entre las placas del capacitor, medirá la misma diferencia de potencial con su voltímetro. El campo eléctrico existe no solo entre las placas del condensador, sino también entre las dos mitades completas del circuito.

Dentro del capacitor, el campo eléctrico debe cambiar del potencial de una mitad al potencial de la otra mitad a una distancia muy pequeña, solo la separación de las placas (\ $ d \ $ desde arriba: es muy pequeño de hacer una alta capacitancia). Por lo tanto, la intensidad de campo, medida en voltios por metro, es máxima dentro del capacitor.

En cuanto a dónde va la carga eléctrica, piénselo de esta manera: la mitad del circuito tiene demasiados electrones y la otra mitad del circuito no tiene suficiente. Cuando hay demasiados electrones, quieren moverse a algún lugar donde haya menos, porque las cargas similares se repelen. Entonces, para la mitad con demasiados electrones, lo más cerca que pueden llegar a un lugar donde hay menos electrones es dentro del capacitor, porque está más cerca de la otra mitad del circuito.

No todos , los electrones se acumulan en el condensador, claro, porque eso dejaría el cable con una carga positiva. Más bien, los electrones se redistribuyen para que la diferencia de potencial (voltaje) sea la misma en toda la mitad del circuito. La mayoría del exceso de electrones termina en el condensador, precisamente porque aquí es donde el campo eléctrico es más fuerte.

También puedes pensar en esto para la mitad opuesta considerando que la ausencia de un electrón es un "agujero", una especie de portador de carga positiva.

También puede pensar en cómo se distribuyen las cargas eléctricas de esta manera: ya establecimos que los cables tienen una capacitancia muy baja, pero no cero. La capacitancia \ $ C \ $ es solo otra manera de decir cuánto cobra \ $ Q \ $ que se necesita para hacer un voltaje \ $ V \ $ en una cosa:

$$ C = \ frac {Q} {V} $$

Los cables, que tienen una baja capacitancia, no toman mucho desequilibrio de carga eléctrica (electrones adicionales o faltantes) para hacer un gran cambio en el voltaje. El capacitor, que tiene una gran capacitancia, necesita un desequilibrio de carga mucho mayor para cambiar el voltaje. Por lo tanto, para que las tensiones sean iguales en cada mitad del circuito, la mayoría de la carga desequilibrada debe terminar en el condensador, no en los cables.

El problema es más serio de lo que describe, porque no solo hay una capacitancia, sino también una inductancia y resistencia, que están cambiando todo su diseño a su frecuencia de resonancia. Una buena herramienta para calcular la capacitancia de dos cables paralelos es el QuickField y puede descargar la Edición para estudiantes de forma gratuita.

En las trazas de PCB, algunos valores típicos de capacitancia e inductancia son

Comopuedever,hayungranproblema,especialmenteenlasfrecuenciasaltas.Estoselementosparásitosestánentodaspartes,ylosingenierosdebentenerencuentadeacuerdoconlosparámetrosprincipalesdelaaplicación(frecuencia,voltaje,etc.).Puedeverdebajodelosprincipaleselementospasivoselcircuitoequivalentenoidealqueintroducelimitacionesensuuso.

Resistor

Capacitor

Inductor

Cables y líneas de transmisión

Los tamaños de componentes más pequeños generalmente resultan en parásitos más pequeños. Con los componentes pasivos SMD de hoy en día en PCB, se permite un diseño seguro de varios GHz. En cables, las técnicas de las líneas de transmisión están utilizando (coaxial, par trenzado, cables de cinta, cable gemelo, microstip y stripline ...)

Sí, cualquier par de conductores separados por un dieléctrico es un condensador. La disposición de los conductores como placas paralelas aumentará la capacitancia ya que es proporcional al área de la superficie. La wikipedia page muestra cómo calcular la capacidad de diferentes geometrías (puede verificar los cálculos en uno de los libros de texto de referencia ). Se incluyen placas paralelas y dos hilos. En circuitos simples, esta capacitancia parásita, como dijo Nick, no es un problema. Sin embargo, en un circuito complejo, como un PCB multicapa con circuitos analógicos y digitales, este fenómeno puede ser un gran problema.

Los ingenieros de EMC se ganan la vida probando y optimizando circuitos para evitar la capacitancia parásita y la inductancia mutua. Tenga en cuenta que las antenas son solo condensadores también. El campo eléctrico cambiante en la antena (condensador) genera ondas de radio (campo eléctrico). Por lo tanto, cualquier cable es también una antena. Además, cualquier bucle de alambre es un inductor. Todas estas consecuencias pueden ser un gran problema en el diseño de circuitos. Es bueno que hayas notado los problemas potenciales.

Los cables son condensadores. Siempre que tenga una diferencia en el potencial de carga a una distancia, tendrá un campo eléctrico y, en efecto, un condensador. Si incluyera la inductancia de los cables en su esquema, habría descrito lo que se llama una "línea de transmisión".

Estos principios son la razón por la cual las líneas de alimentación de CA tienen una separación conspicuamente consistente a un voltaje determinado, y también la razón por la cual los cables de antena de 300 ohmios consisten en esos dos cables paralelos separados entre sí. Básicamente, los globos de carga viajan a lo largo de la red LC que crean estas líneas paralelas.

Ni siquiera tienen que ser paralelos: una sola pieza recta de cable de oro de calibre cero tiene un poco de resistencia. Esto significa que hay una ligera diferencia de carga de extremo a extremo si pasa corriente y también puede ser su propio dieléctrico. El aire, el vacío, el aislamiento, etc. a su alrededor también actúan como dieléctricos. Debido a que no se trata de una interacción placa-placa, sino a lo largo de una línea, el campo sigue un patrón ovalado que se extiende de un extremo a otro.

Así es como funcionan las antenas monopolar y dipolo. La capacitancia es pequeña pero a medida que aumenta la frecuencia, se vuelve cada vez más relevante. Con esto combinado con la inductancia a lo largo del cable, la antena se convierte básicamente en su propio circuito LC y tiene una frecuencia de resonancia. A frecuencias más altas, la resistencia aparente debida a la inductancia incluso hace que el cable parezca un dieléctrico.

  

Dado que todo funciona como un gran capacitor, la carga no se acumularía en el capacitor, sino que se extendería por todo el cable y el capacitor, lo que significa que habría menos carga en el capacitor.

No, habría una carga más en el condensador, la carga en los cables se agregará a la carga en la tapa. Pero como la capacidad de un cable corto es solo de unos pocos pF, el efecto es despreciable en la mayoría de los casos.

Q = CV o

carga = capacitancia x voltaje.

La carga en el condensador real es dictada por el voltaje de su terminal. Si la tensión del terminal bajara, un largo par de cables sería menor al final a través de un condensador regular. No, no lo haría (dado que habrá un pequeño retraso de tiempo para que la tensión llegue al final donde se encuentra el condensador normal).

¿Qué pasa con la resistencia de los cables? Si el condensador tuviera fugas (fugas de CC) y fuera bastante malo, la resistencia en serie de los cables disminuiría unos pocos milivoltios. Esto, por supuesto, significa que la tensión del terminal en el condensador ha bajado unos pocos milivoltios y luego se reduciría la carga.

Es el dieléctrico entre los cables lo que crea la capacitancia. Reemplace el dieléctrico con un bloque conductor óhmico y tendrá lo que es un cable. Básicamente, cada cable tiene cierta capacitancia y cada condensador tiene cierta conductancia, generalmente conocida como condensadores con fugas, pero en ambos casos, al tratar con el análisis agrupado, asumimos que los cables ideales (que tienen capacidad cero) y los condensadores ideales (que tienen conductancia cero)