Et si vous mettez un condensateur entre les plaques d'un autre condensateur?

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Basé sur: Y a - t-il un double du transformateur?

L'image du condensateur à l'intérieur d'un autre condensateur me semble viable. Si un transformateur est deux inductances avec un champ magnétique commun, son double serait deux condensateurs avec un champ électrique commun. Le rapport de transfert de tension serait fonction de la capacité relative des deux condensateurs, à nouveau comme un transformateur et du nombre relatif de tours.

Est-ce que c'est fait? Sinon, pourquoi pas? Est-ce que cela ne transfèrerait tout simplement pas l'énergie, ou cela fonctionnerait-il, mais serait-il inefficace d'une certaine façon? Taille? La vitesse? Chaleur?

Quelles seraient les propriétés d'un condensateur construit de cette façon?

— Stephen Collings
source

Un défaut de votre déclaration est «un champ électrique commun» si l'espacement des plaques sur C1 est suffisamment petit par rapport à la taille des plaques, le champ E à l'intérieur de C1 ne sera pas indûment influencé par le champ E principal. Le champ total sera influencé par les franges d'autant plus que la présence d'un conducteur force un iso-potentiel. Même si vous placez un bloc de diélectrique dans l'espace, le champ à l'intérieur du diélectrique sera différent de celui de l'extérieur.

— espace réservé

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Je ne pense pas qu'un tel condensateur soit très différent de cela:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Ce n'est pas vraiment comme un transformateur. Dans un transformateur idéal, $V_{1} = n\cdot V_{R1}$ , quelle que soit la fréquence. Ce n'est pas le cas ici, comme le montre une simple analyse AC. Aux hautes fréquences, C2 court-circuite R1, de manière à $f\to\infty$ , $V_{R1}\to 0V$ .

— Phil Frost
source

Après presque un an d'angoisse, je me suis rendu compte que Phil avait parfaitement raison. Il n'y a aucune différence entre l'appareil sur lequel j'ai posé la question et le circuit que Phil a tracé ici. J'ai répondu à la question d'origine sur le double d'un transformateur, si quelqu'un est intéressé par d'autres réflexions. electronics.stackexchange.com/a/115581/7523

— Stephen Collings

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Supposons aux fins de la discussion théorique que votre condensateur externe se compose de deux plaques parallèles connectées via une source de tension, et le condensateur interne se compose de deux plaques parallèles connectées via une résistance (c'est ce qui est montré dans votre diagramme, mais dit à haute voix).

Analyse DC:

Nous devons d'abord comprendre ce qui se passe dans des conditions DC.

Imaginez que le condensateur externe soit chargé à une certaine tension et que le condensateur interne ait une tension nulle aux bornes de la résistance de charge lorsqu'il est inséré entre les plaques de la résistance externe. Maintenant, nous voulons savoir ce qui arrive au condensateur interne lorsque le système atteint son état stable?

Il est clair que le courant traversant la résistance de charge doit être nul (sinon pas de conservation de charge). Cela signifie qu'il n'y a pas de différence de potentiel entre les plaques du condensateur interne. Ceci, à son tour, implique qu'il n'y a pas de champ électrique à l'intérieur du condensateur interne. Est-ce à dire qu'il n'y a pas de frais sur ses assiettes? La réponse est NON - il y a un transfert de charge à travers la résistance de charge et la charge transférée s'accumule sur les plaques et neutralise le champ électrique externe.

De cette analyse CC, nous voyons qu'il y a un transfert de charge entre les plaques du condensateur interne et le courant induit à travers la résistance de charge.

Analyse AC:

De la discussion ci-dessus, nous savons qu'il y a un courant induit une fois que la charge induite sur le condensateur interne ne neutralise pas le champ électrique externe. Cela signifie que si le champ externe oscille, la charge sur le condensateur interne le sera également. Cela donne lieu à un courant oscillant à travers la résistance de charge.

Il est clair que la magnitude du courant induit sera proportionnelle à la magnitude du champ électrique oscillant.

Il est également clair qu'elle sera proportionnelle à la surface interne du condensateur (en négligeant la frange du champ électrique), la séparation entre les plaques et la constante diélectrique entre les plaques. Ces trois éléments équivalent à dire que le courant induit sera proportionnel à la capacité du condensateur interne. Remarque: ceci est vrai alors que le condensateur interne est physiquement plus petit que le externe.

Notez qu'en raison de la résistance de charge, le transfert de charge n'est pas instantané, mais suit la caractéristique habituelle du condensateur, ayant une constante de temps de RC. Cela signifie qu'il existe un comportement passe-bas intrinsèque à ce système.

Conclusion:

Vous avez raison - cette configuration peut être utilisée pour transférer de l'énergie.

Pourquoi n'est-il pas utilisé? Eh bien, je ne peux que spéculer ici. Mes suppositions sont:

En supposant que les diélectriques sont les mêmes pour les condensateurs externes et internes, cette configuration peut être utilisée pour réduire la tension uniquement.
Le comportement intrinsèque passe-bas peut ne pas être souhaitable.
Le contrôle des zones des condensateurs est plus compliqué que le contrôle du nombre d'enroulements dans les inductances.
Il est très facile de s'assurer que près de 100% du champ magnétique primaire passe par des enroulements secondaires. C'est plus compliqué avec les condensateurs et le champ électrique.
Afin d'augmenter l'efficacité et de réduire la taille physique, vous voulez que les condensateurs soient minces (petit espace entre les plaques), mais cela se traduit par une tension de claquage inférieure.

Et je suis sûr qu'il y a plus de raisons. De plus, je suis complètement sûr qu'il existe des applications spécialisées où cette technique est utilisée.

— Vasiliy
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