Łączenie kondensatorów: wspólne napięcie czy wspólny ładunek?

Potrzebne wiadomości: Pojemność, energia kondensatora i bilans ładunku.

Równolegle

Kondensatory przyłączone do tych samych dwóch węzłów mają to samo napięcie. Ich ładunki sumują się: Q=(C_1+C_2)U, więc C_z=C_1+C_2. Większa pojemność przechowuje więcej ładunku przy tym samym napięciu.

Szeregowo

Dla początkowo obojętnego, odizolowanego węzła między dwoma kondensatorami ładunki na połączonych okładkach są przeciwne i równe co do wartości. Napięcia dodają się, więc 1/C_z=1/C_1+1/C_2. Mniejsza pojemność ma większe napięcie. Założenie o ładunku węzła jest ważne; wstępnie naładowany węzeł wymaga pełnego bilansu.

Przykład z wyrównywaniem napięć

Naładowany kondensator 1 µF przy 4 V łączymy równolegle z takim samym nienaładowanym. Po ustaleniu równowagi mają wspólne 2 V. Energia początkowa wynosi 8 µJ, a końcowa 4 µJ. Zachowanie ładunku nie wymusiło zachowania samej energii pola kondensatorów.

Rzeczywisty proces wyrównania obejmuje prąd, opór, indukcyjność przewodów i możliwe promieniowanie. Nie twierdzimy, że brakujące 4 µJ zniknęły. Idealne połączenie bez żadnego mechanizmu tłumienia nie gwarantuje dojścia do takiego stanu ustalonego. Przykłady opisują bilanse teoretyczne, nie instrukcję zwierania naładowanych elementów.

Zadania do tego tematu

• Dwa kondensatory szeregowe dzielą napięcie nierówno
• Równoległe połączenie i kontrola sumy energii
• Połączenie mieszane z kondensatorem i gałęzią równoległą
• Wyrównanie napięcia dwóch kondensatorów nie zachowuje samej energii pola

Dalsza lektura

Materiał referencyjny