Estimar los parámetros del condensador

Question

Estoy pensando en hacer un condensador, sólo por diversión/para estudiar. Y se me ocurrió el siguiente ejercicio.

En mi tienda local, existen rollos de película alimentaria de polietileno y papel de aluminio . Teóricamente, puedo tomar un par de ambos, y ponerlos en forma de "sandwitch", mientras que las capas de cambio a la izquierda / derecha (para hacer polos para la colección actual). A continuación, sólo rodar. Ok, el inglés no es mi nativo, así que dibujo una ilustración:

Lo que quiero saber - es ¿cómo estimar los parámetros del condensador resultante?

Dada:

• longitud del rollo L
• ancho de capa w
• espesor del aluminio a
• espesor del plástico p
• diámetro de la bobina b

Quiero saberlo:

• tensión de ruptura V = ?
• capacitancia C = ?
• corriente de cortocircuito I = ? (a plena carga, los bordes se cortocircuitan instantáneamente con el superconductor ideal de resistencia cero)

Además, considera que todo es ideal:

• sin espacios de aire entre las capas
• bobinado ideal, sin tensiones/etc.
• condiciones normales de densidad, los materiales no son comprimibles.

PS. Esta es una pregunta teorética, para estudiar y entender la relación entre los parámetros. Si tienes una tarde libre de fin de semana. Hace muchos años no lo aprendí en la escuela (ni en la institución). Así que hoy sería bueno si pudiera aprender algo de él. Gracias.

Answer 1

La capacitancia viene dada por:

Esta es la fórmula aplicable para el espacio libre o el vacío. Si se utiliza un material dieléctrico entre las placas, se multiplica la capacidad resultante por la permitividad relativa del material dieléctrico. Para el polietileno, la permitividad relativa es de 2,25.

Para simplificar, vamos a empezar con láminas planas de aluminio separadas por una película de polietileno:

Suponiendo un espesor de polietileno = 15 micras Y unas dimensiones de 20 cm x 50 cm

Su capacidad será C = 2,25*8,85418782 × 10^-12*0,2*0,5/0,000015 F = 0,133 uF

Ahora bien, si pretende enrollar las hojas planas en una bobina, la cosa cambia. Considere la imagen de abajo:

Ahora, de repente, las dos caras del papel de aluminio empiezan a actuar como condensadores. El negro es una placa y el azul es otra placa de aluminio. El espacio blanco es el dieléctrico.

Esto debería duplicar aproximadamente la capacitancia.

Pasando a tus preguntas, la tensión de ruptura parece ser muy diferente en las distintas fuentes:

Capacitancia calculada arriba.

Lo ideal es que haya una corriente infinita en la descarga de resistencia cero.

Answer 2

\$C= \epsilon _o \cdot \epsilon _R\dfrac{A}{h}\$
donde \$D_k=\epsilon _R = \$ = "permitividad relativa" : 2 a 5 para la mayoría de los plásticos, FR4 = 4,2 @ 10 MHz

Aquí hay más información sobre las tapas de las películas

https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Film+Capacitores

subtipo de condensador de película en el que los electrodos se construyen sobre un sustrato de soporte en una capa muy fina (de 10 nanómetros), normalmente mediante un proceso de deposición al vacío.

Si tienes calibradores y doblas una hoja grande de cada material 10 veces por la mitad tienes 1024 x el grosor original. Luego exprime el aire fuera de tu lámina.

Deje el plástico sobrante en el exterior y luego enrolle algo como un lápiz e inserte algunas lengüetas de lámina para los electrodos. Si se perfora la lámina, no se obtendrá toda la tensión de ruptura dieléctrica del plástico PE (polietileno).

BDV vs Material ( electrodos planos lisos)

mis estimaciones por experiencia

3.0 kV/mm very clean Air 
  1 kV/mm dusty humid air

5   kV/mm clean PU and smooth foil
10  kV/mm processed PU in capacitors
20  kV/mm cross-link PU (XLPU) processed in clean rooms with 1 GV

25 kV/mm min Transformer Oil as shipped
75 kV/mm min Transformer Oil process by machine: heat, vacuum, demoist, and HEPA oil filter

¿Se puede conseguir 10nF? ¿0,1uF?? con 5kV/mm de espesor dieléctrico? ( 5V/um )

Buena suerte. Caminar con zapatos de neopreno sobre una alfombra de nylon para cargar Aunque las tapas de PU tienen una resistencia muy baja en los electrodos que controla la ESR, no conseguirás eso con la lámina de alumbre. Lo graban con ácido para aumentar la nano rugosidad de la superficie.