¿Por qué no se puede cargar sólo una placa de un condensador?

Question

En la imagen anterior, un condensador está sin cargar mientras que el otro está a un potencial V i . Si cerramos el interruptor, la diferencia de potencial entre ambos condensadores se igualará (porque las placas superior e inferior de ambos condensadores ganarán respectivamente el mismo potencial).

Mi pregunta es, ¿por qué tiene que estar cerrado el interruptor? Claro, el circuito permanecería abierto. Pero si consideramos, digamos, 2 conductores cargados por separado y los conectamos con un cable de cobre, la carga fluye hasta que ambos están al mismo potencial. ¿Por qué no puede ocurrir esto con los condensadores de la imagen? La placa inferior de ambos condensadores sigue conectada, independientemente de que el interruptor esté cerrado o abierto. Sin embargo, la carga no fluye entre las placas. ¿A qué se debe esto?

Mi proceso de pensamiento fue que en el condensador cargado, inicialmente el potencial neto en el positivo es en realidad la diferencia de potencial entre ambas placas. Y esta placa está conectada con la placa inferior del condensador sin carga. Por lo tanto, como hay una diferencia entre ambas placas (V i y cero), la carga debe fluir.

Answer 1

Hay dos maneras de ver esto

Una de ellas es que las cargas opuestas se atraen. Así que si la mitad inferior (A) está cargada con respecto a la tierra, y aún más cargada con respecto a la mitad superior izquierda (B), entonces cualquier carga que encontremos en A será más atraída por B y migrará lo más cerca posible de ellos por atracción electrostática.

Podríamos imaginar que A está cargado positivamente, B negativamente y la parte superior derecha, C, no está cargada. Las cargas de A son más atraídas por B, ya que C no tiene carga neta, por lo que no son atraídas por C.

---

La otra forma de ver esto es que siempre que las cargas son libres de moverse, "corren cuesta abajo" hacia estados potenciales de menor energía. Las cargas migrarán a la configuración de menor potencial. Toda la sección A y toda la sección B seguirán cargadas dondequiera que esté la carga, a ellas hacer comprenden un condensador. Entonces, ¿a dónde van las cargas para minimizar $V$ a través de este condensador A - B?

Para minimizar $V= \frac{q}{C}$ maximizamos $C$ porque $q$ no cambia. Porque $C=\varepsilon_0 \frac{A}{d}$ para un condensador de placa, por lo que podemos deducir que maximizar $C$ significa disminuir la distancia entre la carga (porque para una placa que maximiza $C$ significaría bajar $d$ ).

Pero también sabemos que el potencial es el trabajo por unidad de carga para crear esta configuración. Para minimizar el potencial, minimizamos la cantidad de $\int F dx$ se utilizaría para establecer los cargos separados. Evidentemente, para ello deberían estar lo más cerca posible. Estarían todos en las placas de la izquierda.