Apa yang terjadi ketika pelat kapasitor yang terisi penuh diisolasi satu sama lain?

Saya seorang mahasiswa teknik mesin dan saya sedang mengerjakan sebuah proyek yang melibatkan kapasitor tegangan tinggi.

Saya mengerti bahwa ketika pemisahan antara pelat kapasitor yang dibebankan meningkat, tegangan meningkat. Tetapi saya benar-benar ingin tahu apa yang terjadi pada pelat jika kapasitor terisi penuh, terputus dari sirkuit pengisian dan kemudian pelat dipindahkan terpisah satu sama lain dengan jarak tak terbatas. Apakah setiap lempeng akan tetap terisi?

Mengisi = kapasitansi x tegangan ($Q=C\cdot V$)

Jika kapasitor memiliki tegangan melintasi pelatnya dan suplai terputus, muatan tetap terlepas dari jarak sehingga, jika jarak meningkat (dan kapasitansi turun) maka tegangan meningkat secara proporsional. Jika pelat dibawa ke jarak tak terhingga, tegangan menjadi tak terbatas.

Perlu dicatat bahwa energi "ditahan" dalam kapasitor meningkat ketika pelat ditarik misalnya

Energi = $\dfrac{CV^2}{2}$

Peningkatan energi terjadi karena kerja (joule) harus dilakukan untuk memindahkan lempeng secara fisik yaitu ada kekuatan yang diperlukan untuk membuka celah. Ini, saya percaya membuat semua konservasi energi dan persamaan biaya senang dan tersenyum. Ingat, bahwa pada kapasitor biasa, ada gaya yang menarik antara kedua pelat yang bermuatan berlawanan dan gaya inilah yang mencoba menghentikan pelat agar tidak terlepas.

Jika pelat kapasitor tetap terhubung ke catu daya, karena jarak meningkat tegangan harus tetap sama sehingga biaya berkurang (karena C berkurang) dan ini mendorong arus kembali ke sumber daya.

Ketakterhinggaan bisa rumit.

Gaya antara dua partikel bermuatan bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka. Energi yang dibutuhkan untuk meningkatkan jarak antara dua partikel malah bermuatan dari d ₁ d ₂ adalah integral dari kekuatan atas jalan itu. Bahkan jika d ₂ tidak terbatas, integral ini memiliki nilai yang terbatas.

Hasil ini menggeneralisasi ke koleksi besar muatan pada, katakanlah, pelat kapasitor. Apa artinya ini dalam hal pertanyaan Anda adalah bahwa kapasitansi kedua lempeng tersebut sebenarnya tidak cenderung ke arah nol karena keduanya bergerak terpisah, dan tegangannya tidak sampai tak terhingga. Salah satu cara untuk menafsirkan hasil ini adalah dengan mengatakan bahwa setiap lempeng secara individual memiliki beberapa nilai kapasitansi minimum untuk alam semesta "pada umumnya".

Mungkin membantu untuk memvisualisasikan ini bukan sebagai dua pelat paralel, melainkan sebagai dua bola konsentris, dan memungkinkan bola luar tumbuh hingga radius tak terbatas.

Mungkin juga membantu menggambar analogi dengan gravitasi, yang merupakan kekuatan kuadrat-terbalik lainnya. Sebuah benda yang jatuh ke permukaan Bumi, bahkan dari jauh yang tak terhingga, memiliki jumlah energi yang terbatas (dan kecepatan terbatas) ketika benda itu tiba.

Perlu diingat bahwa muatan tidak harus tetap di piring. Khususnya pengisian stoples Leyden ke tegangan tinggi, muatan akan melompati celah udara antara foil dan stoples untuk duduk langsung di permukaan dielektrik. Anda dapat melepaskan pelat, tetapi muatannya tetap berada di dalam stoples. Ini demonstrasi yang bagus https://www.youtube.com/watch?v=9ckpQW9sdUg

Tetapi Anda dapat mencapai eksperimen pemikiran asli dengan menggunakan dielektrik lapisan ganda. Bangun kapasitor dari dua lembar foil, dengan dua lembar plastik di antaranya. Kemudian isi hingga tegangan tinggi, lepaskan foil, dan lembaran plastik akan tetap saling menempel. Kemudian lepaskan lembaran plastiknya, dan dalam media isolasi yang sempurna mereka harus tetap terisi penuh. Di udara, kerapatan muatan permukaannya akan terlalu tinggi dan mengeluarkan sebagian segera setelah dipisahkan, hingga ke 26,55 mikrokoulomb per meter persegi http://www.coe.ufrj.br/~acmq/efield.html ... meskipun itu masih cukup untuk menempelkan balon ke langit-langit :)

Muatan akan tetap berada di pelat kapasitor kecuali jika muatan itu dapat dibawa ke tempat lain. Jika piring yang diisi terisolasi, kemudian dipisahkan dalam ruang hampa, mereka akan menjaga muatannya tanpa batas. Debu, kelembaban, udara itu sendiri, semua bisa membawa muatan yang bukan nol itu.

Seperti mengusir tuduhan, mereka menyebar ke permukaan konduktor. Piring atau rakitan pelat tidak akan benar-benar terpisah sampai kita berbicara muatan yang sangat padat. Bahkan kemudian, saya berharap untuk menangkap debu, mengionisasi udara, atau menumpahkan atom "konduktor" satu per satu alih-alih menyebabkan pelat berantakan pada skala makroskopis yang lebih banyak.