Apa yang terjadi jika saya menghubungkan kapasitor pengenal tegangan rendah ke tegangan tinggi?

Mengingat bahwa c = q / v bahkan jika saya menghubungkannya ke V yang lebih tinggi, muatannya Q dapat menurun secara proporsional, kan? Jadi mengapa harus merusak kapasitor saya? atau apakah medan listrik internal terlalu tinggi dan menyebabkan dielektrik rusak? Atau akankah itu menjadi terlalu bocor dan kemudian menjadi terlalu panas karena pemanasan sendiri yang sangat meningkat?

Jawaban literalnya adalah ini :

Ada tiga kapasitor tertiup; dua dapat dilihat sebagai spiral dari materi abu-abu yang masih masuk akal, yang ketiga tidak lebih dari basis dan terminal internal. Mereka semua diberi nilai untuk 6.3V tetapi, karena kegagalan dalam regulator daya, mereka terhubung ke 7.5V kekalahan. Jumlah yang bisa diabaikan, jadi orang akan berpikir, tetapi kaleng luar kapasitor ketiga itu meledak dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga meninju lubang di selembar plastik 3mm - sekitar 80mm jauhnya - dan menempelkan dirinya ke dalam baterai di sisi lain.

Semua benda berwarna coklat itu adalah bahan berserat yang mirip dengan kardus, dan ada di mana-mana. Saya tidak tahu apakah ada semacam minyak di dalam kapasitor yang mengering ketika terkena udara, tetapi saya tahu itu menempel seperti lem pada apa pun ia mendarat.

Anda harus berhati-hati dengan persamaan ini.

c = q / v, Q = CV, semua terlihat sangat bagus, tetapi mereka hanya berlaku dalam batas yang mereka terapkan .

Untuk kapasitor, salah satu batasannya adalah menjaga voltase cukup rendah sehingga dielektrik kapasitor tetap utuh. Ketika Anda meningkatkan tegangan terminal, tegangan listrik meningkat melintasi dielektrik, dan akhirnya, itu rusak. Ketika itu terjadi, Anda tidak memiliki kapasitor lagi. Dalam kasus terbaik Anda dibiarkan dengan korsleting atau sirkuit terbuka. Dalam kasus terburuk Anda memiliki laboratorium yang penuh dengan asap dan / atau perjalanan ke UGD.

Pabrikan kapasitor sangat membantu dalam mencetak voltase maksimum yang akan dibuat oleh topi mereka sebelum berhenti menjadi kapasitor. Anda umumnya dapat melebihi itu sedikit, beberapa persen, dengan biaya seumur hidup kapasitor. Jika Anda melebihi 10 persen, maka kapasitor Anda akan menjadi nol.

Jika Anda ingin tahu mengapa sesuatu terjadi di dunia nyata, Anda memerlukan model yang lebih kompleks daripada formula teoretis murni.

Bagaimana kapasitor dibuat? Mereka adalah dua lembar tipis bahan konduktif listrik dengan lembaran tipis bahan isolator listrik ditempatkan di antara mereka. Kapasitansi diberikan oleh geometri lembaran ini. Anda membutuhkan insulator yang lebih tipis atau permukaan yang lebih besar untuk kapasitas yang lebih tinggi.

Secara teori, isolator tidak memungkinkan elektron mengalir melaluinya. Materi dalam kehidupan nyata berperilaku berbeda. Dengan tegangan yang cukup diterapkan, setiap insulator akan dipaksa untuk memungkinkan elektron mengalir melaluinya.

Tegangan rusak di mana ini terjadi tergantung pada material, juga pada geometri. Selembar insulator yang lebih tipis akan terurai pada tegangan yang lebih rendah daripada yang lebih tebal.

Fenomena gangguan ini biasanya sangat energik, karena jumlah arus yang kecil akan menghilang sebagai panas pada resistansi isolator yang sangat besar. Ini mungkin juga merupakan penyederhanaan fenomena kehidupan nyata dari kerusakan tegangan lebih. Reaksi kimia juga dapat terjadi yang dapat mengubah perilaku kapasitor.

Jadi, jika Anda ingin membuat kapasitor kecil dengan kapasitansi tinggi, itu harus dibatasi pada tegangan rendah. Tegangan tinggi, kapasitansi tinggi besar untuk alasan ini.

Per @andy formula perlu diterapkan dengan cara yang benar.

per @ bagus dan diprediksi oleh @ user44635 kapasitor akan gagal ketika tegangan dinaikkan melampaui batas tertentu.

Cara gagal dan efeknya bergantung padanya

• tegangan kegagalan,
• $\frac{1}{2}CV^2$
• tingkat perubahan muatan dan tegangan,
• jenis kapasitor,
• cacat bahan dan manufaktur,
• faktor lingkungan seperti kelembaban dan suhu, sumber daya terpasang.

@ceteras menambahkan beberapa wawasan bermanfaat ke @ user44635 dan menunjukkan bagaimana kita harus selalu sadar akan teori dan hubungan praktis dalam apa yang kita hadapi.

Efeknya bisa tidak signifikan - kepulan asap atau berbahaya, mengancam jiwa dan bencana.

Dalam satu kejadian di tahun 1960-an, kapasitor yang relatif kecil - saya pikir itu 33pF atau lebih - (sekitar 150mm x 25mm persegi) yang diproduksi ayah saya memicu banyak kerusakan jaminan. Sebuah kota kecil berpenduduk sekitar 100 ribu orang tanpa lampu untuk akhir minggu. Tutupnya berada pada jalur AC 33kV atau 100kV. Itu digunakan sebagai bagian dari pembagi kapasitif untuk pengukuran tegangan.

Itu gagal karena cacat desain dan manufaktur. Saya tidak ingat apakah ada yang terbunuh atau terluka parah. Ini bisa dengan mudah terjadi.

Per @Loren, kalori berfungsi sebagai berikut dengan mengambil 33kV dan 33pF (yang sepertinya saya ingat mereka ditandai sebagai)

$\frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2} \times (33 \times 10^{-12}) \times (33 \times 1.4 \times 10^3)^2$

= ~ 35mJ (terima kasih @peter @loren)

Faktor 1,4 mengoreksi untuk tegangan puncak RMS->, tutup cenderung gagal di puncak.

Pelepasan tutup akan mengambil di wilayah 1ms menghasilkan 35W (mungkin jauh lebih cepat).

@ 100kV Anda mendapatkan 9 kali energi dan daya - 320mJ.

Dielektrik gagal, mungkin karena ketidaksempurnaan. Seluruh pasokan kota (beberapa MVA, bahkan pada masa itu) dialihkan ke arah tutup, udara terionisasi, sisanya adalah sejarah. Ujung panas akan menjadi busbar, ujung tanah dilampirkan ke tutup lain sebagai pembagi paralel dengan indikator panel neon.

Cukup untuk membangunkan operator tetapi tidak banyak. Kontribusi dari saluran listrik melalui udara terionisasi, akan bertahan sedikit lebih lama dan melakukan kerusakan.

Di hadapan

  high power
  high voltage 
  high current 
  capacitors
  inductors
  high energy electrical systems of all forms 

banyak energi dapat disimpan dan dilepaskan dengan cepat pada tegangan dan arus yang tidak normal untuk sirkuit.

@ Charlie menunjukkan contoh tegangan rendah yang bagus.

Tutup elektrolitik menarik dalam mode kegagalan karena cairan (seringkali dalam gel) dapat mendidih dan menyebabkan kegagalan eksplosif dari volume gas panas yang sekarang menempati bagian dalamnya. Mereka mungkin mencapai suhu di atas 100celcius sebelum mereka meledak dan melepaskan uap super panas.

Insinyur harus selalu peduli dengan keselamatan diri sendiri dan orang lain.

Mengisi daya kapasitor selalu memiliki beberapa risiko karena dapat gagal bahkan ketika dioperasikan dalam batas kemampuannya karena manufaktur, penanganan, lingkungan, atau karena alasan lain.

Q = CV jadi, jika kapasitansi tetap konstan dan Anda menaikkan voltase, muatan harus meningkat. Menghubungkan kapasitor ke tegangan yang melebihi peringkatnya meminta kepulan asap atau bahkan mungkin beberapa kembang api.