バッテリーに直接接続されたコンデンサ


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これは馬鹿げた/初心者の質問かもしれませんが、実際のコンデンサをバッテリーに直接接続したときに正確に何が起こるかを理解するのに苦労しています。

私の理解では、理論的には、充電されていないコンデンサが9ボルトのバッテリーに直接接続されている場合、瞬時にコンデンサが充電され、その電圧も9Vになります。これは、コンデンサとバッテリーの間に抵抗がないために発生し、時間による電流の変化は無限になります。明らかに、これは理想的なコンポーネントや非現実的な回路について話すときに当てはまります。

実生活でそれを行うと、火花、コンポーネントの損傷、爆発などが発生すると考えていました。しかし、私はいくつかのビデオを見ました、そして、人々は通常バッテリーをコンデンサーと直接接続します。また、バッテリーからコンデンサーに流れる電流は、コンデンサーをバッテリーと同じ電圧にするのにかなりの時間がかかるため、どういうわけか低い大きさです。

なぜこれが起こるのか知りたいのですが、ありがとうございます。

これは私が話し合った回路の例です:

ここに画像の説明を入力してください

回答:


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バッテリーとコンデンサの両方に内部抵抗があります。

あなたのコンデンサーは内側が少しこのように見えます:

概略図

この回路のシミュレーションCircuitLabを使用して作成された回路

もちろん、私はあなたのコンデンサーを知らないので、正確な内部抵抗を知りませんが、3オームは十分に近い近似です。

バッテリーでも同じことが起こるので、実際には次のようにします。

概略図

この回路をシミュレート

したがって、ごくわずかな時間で電流は最大になりますが、それは約0.9Aです

もちろん、そのようなバッテリーにコンデンサーを入れると、接触が悪くなるので、そこにも余分な抵抗があるので、0.7Aになることもあります。

今時間がかかる理由は、コンデンサが充電されると、抵抗器の両端の電圧が減少するため、電流も減少するため、コンデンサの電圧の増加が遅くなるためです。バッテリー電圧に徐々に近づきます。

抵抗またはコンデンサが大きいほど、時間がかかります。

67%になった瞬間は、R * Cで計算できます。

つまり、次の例では、t(67%)= R * C = 10 * 220u = 2.2msです。

しかし、コンデンサが22000uF(= 22mF)の場合、RC時間は、呼ばれるように、合計抵抗10オームで充電するために220msまたは0.22sになります。しかし、そのサイズのコンデンサを使用すると、抵抗がわずかに高くなる可能性があるため、さらに遅くなります。

そして、それは67%に過ぎません。次の30%はもっと時間がかかります。

編集:注; ニックのコメントに従って9Vバット抵抗を増加しました。


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特に9Vバッテリーは非常に高い内部抵抗を持っています。
Nick Johnson

@NickJohnson私はそう思っていましたが、その時のことは確かに思い出せませんでした。画像の値を上げて、電流を調整します。
Asmyldof

@NickJohnsonそして、それはそれらが通常どのように構成されているかという興味深い副作用です:6x 1.5Vセルの直列。けれども、でもそれだけだ〜1.7Ω、比較〜0.25Ω AAAとのために〜0.12Ω AAため。
Bob

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実際のバッテリーとコンデンサーには、コンデンサーを充電する電流を減らす働きをする内部抵抗があります。これはあなたが予期していた死と破壊を防ぎます。:-)

いずれにせよ、9ボルトで生成されたスパークを見ることは困難です...


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電子学校では、変圧器がどのように機能するかを示すときに、9Vバッテリーを備えた750Vマルチメーターを燃やしました(これは文字通り、かなりショック
でした

「9ボルトで生成される火花を見ることは難しい...」-まあ、9Vバッテリーで低オームのカーボン抵抗器を簡単に燃やす(「直火と炎」のように「燃やす」)ことができます。また、9V PSU(バッテリーではなく、Rintが高すぎる-しかし、1オーム未満のRintを持つPSUは通常「機能する」)で、「軽く」(つまり、コネクタの先端のみで)短時間で火花を簡単に作成できます(明らかに厚く絶縁された)ワイヤーを備えたPSU端子。私はこれを2回誤って行いました-永久短絡のある薄い絶縁ワイヤーは、絶縁が完全に溶けてしまいました。別のワイヤー(緩い)が火花の噴水を作成しました。#DTTAH

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Asmyldofsの役立つ回答に加えて、すべての導体が抵抗ゼロで超電導であったとしても、初期電流は無限ではなく、電流はゼロまで減衰することに注意しください。

なぜ無限電流ではないのですか?電流のループがあるため、回路にはある程度のインダクタンスがあります。したがって、電流は最初はVbatt / Lの割合で上昇します。コンデンサの両端の電圧は、Vbattを超えてその値のほぼ2倍になり、その後逆転して、Vbattを中心とする減衰正弦波を与えます。

なぜ減衰したのですか?時間とともに変化する磁場を生成しています。それが電磁波(電波)を作る方法です。放射フィールドの電力により、電流の振動が消滅します。


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あなたが言うように、「理論」だけで、「理想的な」結果を得ることができます。現実的な電源とコンデンサ
を使用すると、理想的でない結果が得られます。これは、実際のコンポーネントには「追加の」抵抗、インダクタンス、および静電容量があるためです。 理想的な結果は決して得られませんが、「追加の」コンポーネントを可能な限り小さく保つことにより、理想に「近い」結果を得ることができます。 あなたの特定のケースでは、「劇的な影響」がなかった理由は、バッテリーとコンデンサが内部抵抗を持っているためです。したがって、コンデンサ瞬時にバッテリー電圧まで充電されません。「通常」で「ゆっくり」充電されます


要約すると、コンデンサが充電に時間がかかるのは内部抵抗です。

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