Las bombas de carga son circuitos geniales porque desafían mis ideas sobre cómo funciona el voltaje. Me siento muy cómodo con las integrales matemáticas detrás de la línea, por lo que definir el "voltaje" como el trabajo realizado para mover un coulomb de un punto a otro es perfectamente aceptable para fines prácticos, y creo que sé cómo aplicar fórmulas para obtener circuitos que funcionan en la práctica.
Simplemente parece tan abstracto.
Abandonemos todos los efectos magnéticos y / o inductivos, y asumamos que los capacitores de placa paralela ideales e idénticos y los interruptores ideales. Mi entendimiento es que con los capacitores de placas paralelas ideales, un Volt es literalmente un Coulomb por Farad, en cierto sentido, es una diferencia en la "densidad" de electrones y protones entre dos lugares, donde esa "densidad" es con respecto a la capacitancia . Yendo más lejos, me siento tentado a ver todos los voltajes todos de esta manera, solo asumiendo un capacitor parásito de bajo valor en cualquiera de los dos puntos del circuito.
Esta forma de ver el voltaje es mucho más atractiva para mí que una vaga referencia a la "energía", en particular, ya que las conversaciones sobre la energía en la electrónica a menudo aparecen en brechas de banda y otras tonterías cuánticas. Con este punto de vista de Coulombs por Farad, solo cuenta los electrones y los protones, y luego se divide por un valor de capacitancia que está determinado por la geometría y las propiedades del material de una parte particular del circuito, y ese es su voltaje.
Tenga en cuenta: a pesar de mi uso irónico de la palabra "sin sentido", tengo un gran respeto por la mecánica cuántica. Pero QM puede ser no intuitivo, y creo que debería haber una explicación clásica para el comportamiento de un condensador.
Mi visión del voltaje funciona bien hasta que trato de comprender una bomba de carga. Toma el siguiente circuito:
Supongamos que antes de tiempo, quizás con más interruptores, cargamos ambos condensadores a 1 V y luego desconectamos la fuente de alimentación. Debido a la resistencia, VM1 lee 0V con el interruptor abierto, y VM2 lee 1V.
Debido a que los capacitores son idénticos, cada uno tiene el mismo número de protones en cada placa, por lo que podemos calcular la diferencia en el número de electrones entre las placas en cada capacitor como 1V * 1uF = 1uC = 6.241 * 10 ^ 12 electrones .
Ahora, antes de que C1 pueda descargar a través de R1, cerramos el interruptor. Instantáneamente, el voltaje a través de SW1 se pone a cero, por lo que VM1 lee 1V y VM2 lee 2V. Debido a que el voltaje en SW1 es cero, ¿significa eso que el número de electrones en la placa inferior en C1 es el mismo que en la placa superior de C2? Me inclino hacia no, pero si no, ¿cómo es que esta diferencia aparente en la carga no produce un voltaje?
La razón por la que me inclino hacia el "no" es que si la placa inferior de C1 tiene la misma carga que la placa superior de C2, entonces la carga en la parte superior de C1 ha aumentado o la carga en la parte inferior de C2 ha bajado. Pero si ese es el caso, ¿de dónde vinieron o se fueron los electrones adicionales? No hay nada conectado a esos terminales, excepto voltímetros y R1, que suponemos que consumen una corriente despreciable.