Condensator en dielectricum

[Bert_1]

Ik ben onlangs voor iemand in de novice examens gedoken en kwam daar de onvermijdelijke vraag over condensatoren in serie tegen. Maar waarom wordt de capaciteit bijvoorbeeld gehalveerd als je twee gelijke waarden in serie zet. Is dit omdat de benodigde kracht om het dielectricum te polariseren van beide in serie staat (maar de capaciteit is niet afhankelijk van de aangelegde spanning dus hier klopt iets niet) en dus verdubbelt terwijl de spanning over één condensator de helft is geworden? Wat voor mechanisme zorgt voor het halveren van de capaciteit?
Of kost het polariseren niet zoveel kracht en gaat het direct al om het wegduwen van de elektronen. Dat verklaart weer het spanningsonafhankelijk gedrag.

Of zit ik er helemaal al compleet naast?

Bert

[PA0BAK]

Ee condensator bestaat uit 2 geleiders, gescheiden door een isolator.
Met 2 condensatoren in serie verdubbel je de isolatie, dus halveer je de capaciteit..............

[PA3DJS]

Ik ben onlangs voor iemand in de novice examens gedoken en kwam daar de onvermijdelijke vraag over condensatoren in serie tegen. Maar waarom wordt de capaciteit bijvoorbeeld gehalveerd als je twee gelijke waarden in serie zet. Is dit omdat de benodigde kracht om het dielectricum te polariseren van beide in serie staat (maar de capaciteit is niet afhankelijk van de aangelegde spanning dus hier klopt iets niet) en dus verdubbelt terwijl de spanning over één condensator de helft is geworden? Wat voor mechanisme zorgt voor het halveren van de capaciteit?
Of kost het polariseren niet zoveel kracht en gaat het direct al om het wegduwen van de elektronen. Dat verklaart weer het spanningsonafhankelijk gedrag.

Of zit ik er helemaal al compleet naast?

Bert

Je hebt wellicht de condensator gehad als twee halve bollen met slangen en een membraan tussen de twee halve bollen (zeg maar een expansievat, maar dan met een in- en uitgang).

Verdubbeling van het drukverschil geeft een verdubbeling van de hoeveelheid vloeistof die er schijnbaar doorheen gaat. Hoe groter de hoeveelheid vloeistof die er schijnbaar doorheen gaat bij zeker drukverschil, hoe groter de capaciteit van het de halvebollenconstructie.

Voor de condensator geldt een gelijk verhaal: Q = C*U
Als de stroom gedurende bepaalde tijd constant is, geldt: Q = I*t (I in A, t in s).
Q is de lading (maat voor het aantal elektronen dat de condensator ingaat, en er aan de andere aansluiting weer uitkomt).
C = capaciteit, te vergelijken met het oppervlak van het membraan.
U is de spanning over de condensator, te vergelijken met het drukverschil over het flexibele membraan.

Als je twee condensatoren (of halvebollen met membraan) van gelijke waarde in serie zet, verschijnt over iedere condensator de halve spanning, dus ook de halve lading. Bij de bollen zal de indrukking van het membraan halveren.

Als bij 1V over één condensator bijv 5 nC lading op de platen terecht komt (dus C = 5nC/1V = 5 nF), zal bij twee van die condensatoren in serie slechts 2.5 nC op iedere plaat terecht komen omdat de spanning over iedere condensator slechts 0.5V bedraagt.

Uit Q = C*U volgt: C = Q/U. De lading is gehalveerd terwijl de spanning over het geheel 1 V gebleven is. De capaciteit van van de serieschakeling is dus gehalveerd.

Als je de condensatoren parallel had gezet, dan had je 2*5 nC gehad bij 1V. De capacitieit had dan verdubbeld.

Jouw krachtverhaal klopt, dat kun je ook zien aan de halvebollenconstructies in serie. De membranen wijken maar voor de helft uit (ten opzichte van één halvebollenconstructie).

Een dielectricum kun je zien als ladingsbolletjes die met elastiekjes/veertjes aan het kristalrooster vast zitten. Hoe slapper die veertjes, hoe hoger de relatieve dielektrische constante.

Door over een dielectricum een spanning te zetten, verplaats/verschuif je dus daadwerkelijk lading. Het is uiteindelijk niet de spanning, maar de elektrische veldsterkte die bepalend is voor het uitrekken van de veertjes. E = U/s (s = dikte van dielektricum).

Zoals PA0BAK aangeeft kun je twee gelijke condensatoren in serie zien als één condensator maar dan met twee keer zo dik dielectricum. De veldsterkte ten gevolge van de aangelegde spanning halveert dus, en daarmee de verplaatsing/verschuiving van lading.

[Bert_1]

Duidelijk, bedankt

Als je een condensator vergelijkt met een expansievat, waarmee kun je dan een spoel vergelijken? Een hydraulische motor (=pomp) met een vliegwiel? Je zou dit in resonantie kunnen brengen als het geheel verliesvrij gemaakt zou kunnen worden.

[Ton_O_E]

en als je ze parallel zet, worden de platen een keer zo groot.

[PA3DAT]

Ton, is het niet twee keer zo groot?

[PA3DJS]

@PE1KVL:
Als je een hydraulische motor hebt (die ook als pomp kan werken) met een vliegwiel, heb je inderdaad een mechanische inductie als je drukverschil met elektrische spanning vergelijkt. Je hebt namelijk eerste een hoop drukverschil nodig om het wiel aan het draaien te krijgen. Pas als het wiel gaat draaien, ga je ook volumedebiet krijgen in de aan-/afvoerleiding.

Voor AC kun je om het uit te leggen ook een zware zuiger in een leiding opnemen. Je hebt drukverschil over de zuiger nodig om hem te laten bewegen. Dus ook hier geldt: drukverschil (spannig) loopt voor op volumedebiet (stroom). Ik heb mij ooit eens laten vertellen dat als spanning vóór loopt op stroom, er sprake is van inductief gedrag.

Aangezien de olie zelf ook massa heeft, heb je altijd al enige 'inductie' in de leidingen. Ik meen mij te herinneren dat onze stroomddraadjes ook enige inductie hebben.

[Bert_1]

Bedankt, dat zijn mooie vergelijkingen. Met moleculen is vaak beter intuïtief te werken dan met elektronen

Bert

[Ton_O_E]

een keer zo groot is het zelfde als 2x zo groot.
taalkundig, niet wiskundig