Condensador conectado directamente con la batería

Question

Esta puede ser una pregunta tonta de principiante, pero estoy teniendo problemas para entender qué sucede exactamente cuando conectamos un capacitor real directamente con una batería.

En mi entendimiento, teóricamente, cuando un capacitor sin cargar se conecta directamente a una batería de, digamos, 9 voltios, instantáneamente el capacitor se cargará y su voltaje también será de 9V. Esto sucederá porque no hay resistencia entre el capacitor y la batería, por lo que la variación de corriente con el tiempo será infinita. Obviamente, esto es cierto cuando se habla de componentes ideales y circuitos poco realistas.

Pensé que hacerlo en la vida real causaría chispas, componentes dañados, explosiones, o lo que sea. Sin embargo, vi algunos videos y la gente generalmente conecta directamente baterías con capacitores. Además, la corriente que fluye de la batería al capacitor es de alguna manera de baja magnitud, ya que tarda un tiempo considerable en hacer que el capacitor tenga el mismo voltaje que la batería.

Me gustaría saber por qué sucede esto, gracias.

Este es un ejemplo del circuito del que hablé:

Answer 1

Tanto la batería como el capacitor tienen una resistencia interna.

El interior de tu capacitor se ve un poco así:

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Por supuesto, no conozco tu capacitor, así que no sé la resistencia interna exacta, pero 3Ohm será una aproximación suficientemente cercana.

Lo mismo ocurre en tu batería, de hecho estás haciendo esto:

simula este circuito

Así que ahora, por una pequeña cantidad de tiempo, la corriente será máxima, pero solo alrededor de 0.9A.

Por supuesto, cuando colocas un capacitor en una batería de esa manera, no harás un buen contacto, así que habrá algo de resistencia adicional ahí también, por lo que podría ser incluso 0.7A.

La razón por la que ahora se tarda más tiempo, es que cuando el capacitor se carga, el voltaje a través de las resistencias disminuye, por lo que la corriente también disminuye, por lo que el voltaje en el capacitor aumentará más lentamente, y así sucesivamente, por lo que realmente se acercará al voltaje de la batería cada vez más lentamente.

Cuanto mayores sean las resistencias o los capacitores, más tiempo llevará.

El momento en que está al 67% se puede calcular por R * C.

Así que en el ejemplo, sería: t(67%) = R * C = 10 * 220u = 2.2ms.

Pero si el capacitor es de 22000uF (= 22mF) entonces el tiempo RC, como se le llama, será de 220ms, o 0.22s para cargarlo con una resistencia total de 10Ohm. Pero con un capacitor de ese tamaño también podría tener una resistencia ligeramente más alta, por lo que se cargará aún más lentamente.

Y luego, solo estará al 67%. El siguiente 30% llevará mucho más tiempo.

EDICIÓN: Nota; incrementada la resistencia de la batería de 9V según el comentario de Nick.

Answer 2

Las verdaderas baterías y condensadores tienen una resistencia interna que actuará para reducir la corriente que carga el condensador. Esto evitará la muerte y destrucción que estabas esperando. :-)

De todas formas, es difícil ver una chispa producida con 9 voltios...

Answer 3

Además de la útil respuesta de Asmyldof, vale la pena señalar que incluso si todos los conductores fueran superconductores con resistencia cero, la corriente inicial no sería infinita y la corriente decaería a cero.

¿Por qué no una corriente infinita? Como hay un bucle de corriente, el circuito tendrá algo de inductancia. Por lo tanto, la corriente aumentará inicialmente a una velocidad de Vbatt/L. El voltaje a través del capacitor aumentará por encima de Vbatt a casi el doble de ese valor y luego se revertirá, dando como resultado un oscilación amortiguada centrada en Vbatt.

¿Por qué amortiguada? Estamos generando un campo magnético variable en el tiempo. Así es como se crea una onda electromagnética (de radio). La energía en el campo radiado hará que la oscilación en la corriente se apague.

Answer 4

Como dices, solo en "teoría", podemos obtener resultados "ideales".
Utilizando fuentes de energía y capacitores realistas, se obtienen resultados no ideales. Esto se debe a que los componentes reales tienen resistencia, inductancia y capacitancia "adicional".
Aunque nunca se pueden obtener resultados ideales, manteniendo los componentes "adicionales" lo más pequeños posible, podemos obtener resultados "cercanos" a lo ideal.
En tu caso particular, la razón por la que no hubo "efectos dramáticos" es que la batería y el capacitor tienen resistencia interna. Por lo tanto, el capacitor no se cargará instantáneamente a la tensión de la batería. Se cargará " lentamente " a la tasa "normal" especificada por el producto de la resistencia interna y la capacitancia C.
En resumen, la razón por la que los capacitores tardan en cargarse es la resistencia interna.