Condensadores y comprensión sencilla del circuito

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Circuito de OP rediseñado de manera más convencional.

  

Comprendo que si cierro el interruptor A, crearé una ruta completa para que fluyan los electrones, por lo que el condensador se cargará.

• Olvidémonos de los electrones por ahora y solo hablemos de la corriente convencional. La dirección del flujo de corriente se acordó de positiva a negativa antes del descubrimiento del electrón (por JJThomson descubrió en 1897) y nos hemos mantenido en la convención, pero mantenemos en mente que en realidad es un flujo de electrones en la otra dirección. / p>

• Estás en lo correcto. Si se presiona A, entonces C se cargará a través de R1. Después de una constante de tiempo RC, el condensador se cargará al 63%, después de 3RC alcanzará el 95% y después de 5RC será el 99% del voltaje de la batería.

• Si ahora se libera A, el condensador mantendrá su carga (aunque cualquier fuga interna y la resistencia del voltímetro, si está conectada, se descargará lentamente).

  

Si el capacitor tiene ahora un voltaje (9 V) y cierro B, ¿por qué se descargaría el capacitor?

Porque ha conectado ambos lados del capacitor juntos a través del interruptor B. Esto significa que el potencial o el voltaje en ambos lados deben ser iguales. Si no es así, la carga fluirá (creando una corriente) hasta que el voltaje sea cero.

  

¿No se descargaría el condensador de todos modos sin cerrar B? (¿Ya hay un camino completo?)

No. Con el voltímetro fuera del circuito y ambos interruptores abiertos, no hay "circuito" o ruta completa.

  

¿Cuál es la ruta exacta que los electrones utilizarán cuando B se cierre? (visualmente)

La corriente (convencional) fluirá desde la parte superior de C1 a B hasta la parte inferior de C1. Los electrones fluirán en la dirección opuesta.

¹ La constante de tiempo RC o \ $ \ tau \ $ se encuentra multiplicando R y C. En tu circuito, esto es

$$ \ tau = RC = 1k \ veces 1m = 1 ~ s $$

Por lo tanto, el condensador se cargará en un 99% en 5 s.

El tiempo de disgregación se determinará por la resistencia interna de la serie de C1 y la resistencia del interruptor B cuando está cerrado. Digamos que la suma de estos resueltos es 1 Ω entonces la constante de tiempo de descarga sería \ $ \ tau = RC = 1 \ veces 1m = 1 ~ ms \ $. Sin embargo, hay que tener cuidado con un pequeño problema: si C1 se carga a 9 V, entonces el flujo de corriente inicial será \ $ I = \ frac {V} {R} = \ frac {9} {1} = 9 ~ A \ PS Si el interruptor no es robusto, los contactos se arquearán y eventualmente se apagarán. Un circuito práctico tendría una resistencia en serie con B para limitar la corriente a un valor seguro. por ejemplo, 10 Ω limitaría la corriente de descarga a 0.9 A. Le dejaré calcular el tiempo de descarga.

Imagina el condensador como una batería recargable. Cuando se presiona el botón A, se carga el capacitor, pero una vez que el capacitor se llena, deja de cargarse (no se detendrá bruscamente, se desacelerará exponencialmente. La resistencia determina la velocidad).

Ahora, en realidad, el condensador perderá su carga de forma natural con el tiempo, pero no hay un circuito completo oficial. El lado superior del capacitor está cargado y quiere ir al otro extremo del capacitor. Sin el botón B presionado, no hay forma de hacerlo.

Cuando B está cerrado, la corriente pasará por el botón y alrededor del otro extremo del condensador. El condensador se descarga.

Ahora esto es actual de lo que estoy hablando. Los electrones van por el camino opuesto.

Aquí hay una secuencia visual de eventos.

(Lo siento si es largo. Aquí no se aceptan gifs)