En este ejemplo
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Después de la carga inicial de la tapa a 3V, la corriente se bloquea, pero con el tiempo ¿consume alguna energía de las baterías? ¿Es seguro hacer esto?
La corriente de fuga agotará la batería, probablemente no de forma tan significativa en comparación con la autodescarga interna de la batería.
Un electrolítico de aluminio puede tener una fuga de 100nA a largo plazo, lo que no es mucho comparado con la autodescarga incluso de una pila de botón. El máximo garantizado de un típico e-cap de este tamaño es de 0,002CV o 400nA (lo que sea mayor) después de 3 minutos. La mayoría de las piezas superan esta cifra de forma significativa. Algunas piezas SMD no son tan buenas.
Su segunda pregunta era si esto es seguro de hacer. En general, sí, Sin embargo, casi siempre hay excepciones en la ingeniería. Si su batería de 3V tiene una gran capacidad de corriente (tal vez una célula Li 18650 sin protección) y su condensador es algo así como un condensador de tantalio de 6,3V, existe un riesgo significativo de que se produzca una "ignición" al conectar el condensador a la batería (imagínese que salen llamas, una luz brillante y algunos humos nocivos). El riesgo puede reducirse considerablemente añadiendo una resistencia en serie de algunas decenas de ohmios.
"El máximo garantizado de un e-cap típico de este tamaño es de 0,002CV o 400nA (lo que sea mayor) después de 3 minutos": interesante, ¿cuál es tu fuente?
@SpehroPefhany ¿Recuerdas qué serie? Lo pregunto porque hace poco estuve buscando un electrolítico de baja fuga y lo mejor que encontré fue 0,01CV o 3uA (lo que sea mayor).
En estado estacionario (después de mucho tiempo), un condensador ideal no extrae una corriente significativa de la batería. Un condensador real consumirá una pequeña corriente de fuga. La cantidad de corriente de fuga dependerá del tipo de condensador, los electrolíticos tendrán una mayor fuga que las películas y las cerámicas.
Un "condensador ideal" se carga instantáneamente desde una batería ideal (con un cableado ideal de inductancia cero), en un pico de corriente infinita. Supongo que estás hablando de una batería real con resistencia interna no nula, y la constante de tiempo RC para que la corriente caiga a cero.
@PeterCordes tienes razón, estaba considerando un condensador ideal pero una batería y un cableado reales, en cuyo caso la corriente empieza siendo grande y decae exponencialmente hasta llegar a cero. Pero si ambos son ideales como señalas tendrías un impulso de corriente y el cap se cargaría instantáneamente.
Un condensador ideal sería un circuito abierto a la corriente continua, por lo que no fluiría ninguna corriente, y no se consumiría ninguna energía después de que el condensador estuviera completamente cargado.
Sin embargo, los condensadores reales tienen una pequeña corriente de fuga, por lo que, en la vida real, la energía se consumiría de la batería muy lentamente después de la carga inicial.
Deberías comprobar algo llamado "resistencia del aislamiento"
Cito a Murata:
La resistencia de aislamiento de un condensador cerámico monolítico representa la relación entre la tensión aplicada y la corriente de fuga después de un tiempo determinado (por ejemplo, 60 segundos) mientras se aplica una tensión continua sin ondulación entre los terminales del condensador. Aunque el valor teórico de la resistencia de aislamiento de un condensador es infinito, como el flujo de corriente entre los electrodos aislados de un condensador real es menor, el valor real de la resistencia es finito. Este valor de resistencia se llama "resistencia de aislamiento" y se denota con unidades como Meg Ohms [M] y Ohm Farads [F].
He comprobado una hoja de datos que tenía (número de pieza: GRM32ER71H106KA12 ) para un ejemplo de aproximación de la cantidad de fugas que llegan a pasar. Comprueba la imagen de abajo:
Para entender completamente el comportamiento del condensador en estado estacionario (como en la conexión directa de un condensador a una batería) recomiendo encarecidamente la lectura del siguiente artículo: http://www.murata.com/support/faqs/products/capacitor/mlcc/char/0003
Si la polaridad de la batería se invierte en este escenario, incluso un condensador ideal consumirá corriente para cambiar su polaridad en sintonía con la batería. Pero en este caso sólo un condensador real será capaz de consumir energía debido al efecto de resorte, es decir, la fuga de carga de los bordes del condensador. Sin embargo, dependerá del tipo de condensador y del material utilizado en su fabricación.
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Pensaba que estabas haciendo otra pregunta (relacionada)... en este circuito la energía emitida por la batería (teóricamente) es CV pero la energía almacenada en el condensador es sólo la mitad. El resto de la energía se va en forma de calor en la batería, y en radiación EM. Así que incluso teóricamente un condensador ideal también desperdicia algo de energía.