Un condensatore collegato direttamente a una batteria consuma energia?

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In questo esempio

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Dopo la carica iniziale del tappo a 3 V, la corrente viene bloccata, ma col tempo consuma energia dalle batterie? È sicuro da fare?

batteries capacitor current

— Miguel Pynto
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Pensavo che stavi facendo un'altra (correlata) domanda ... in questo circuito l'energia fornita dalla batteria (teoricamente) è CV ma l'energia immagazzinata nel condensatore è solo la metà. Il resto dell'energia scompare sotto forma di calore nella batteria e nelle radiazioni EM. Quindi anche teoricamente un condensatore ideale spreca anche energia.

— Kartik,

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La corrente di dispersione scaricherà la batteria, molto probabilmente non in modo significativo rispetto all'autoscarica interna della batteria.

Un elettrolitico di alluminio potrebbe perdere 100 nA a lungo termine, il che non è molto se paragonato all'autoscarica di una cella a bottone. Il massimo garantito di un tipico e-cap di queste dimensioni è 0,002CV o 400nA (a seconda di quale sia maggiore) dopo 3 minuti. Molte parti lo batteranno in modo significativo. Alcune parti SMD non sono altrettanto buone.

La tua seconda domanda era se questo fosse sicuro. In genere sì, tuttavia ci sono quasi sempre delle eccezioni in ingegneria. Se la tua batteria da 3 V ha una grande capacità di corrente (forse una cella 18650 Li non protetta) e il tuo condensatore è qualcosa di simile a un condensatore al tantalio da 6,3 V, c'è un rischio significativo di un evento di "accensione" quando si collega il condensatore alla batteria fuori, una luce intensa e alcuni fumi nocivi). Il rischio può essere considerevolmente ridotto aggiungendo una certa resistenza in serie di alcune decine di ohm.

— Spehro Pefhany
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"Il massimo garantito di un tipico e-cap di queste dimensioni è 0,002CV o 400nA (qualunque sia maggiore) dopo 3 minuti": interessante, qual è la tua fonte?

— Mister Mystère,

Schede tecniche dei condensatori, ad es. Nichicon.

— Spehro Pefhany,

@SpehroPefhany Ricordi quale serie? Lo chiedo solo perché poco tempo fa stavo cercando un elettrolitico a bassa perdita e il migliore che potessi trovare era 0,01CV o 3uA (a seconda di quale sia maggiore).

— bitshift

@bitshift Prova la serie UKL , disponibile in piccole quantità da Mouser. 0,002 CV o 200 nA. Ma molti dei produttori hanno tipi di perdite ridotte nel loro portafoglio poiché sono piuttosto popolari in Asia, appena più difficili da trovare nella distribuzione. Alcune linee di parti regolari in realtà funzionano piuttosto bene (senza le garanzie), ma alcune parti più grandi di ESR più grandi tendono ad essere meno permeabili per qualsiasi motivo.

— Spehro Pefhany,

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Allo stato stazionario (dopo molto tempo) un condensatore ideale non assorbe corrente significativa da una batteria. Un vero condensatore assorbirà una piccola corrente di dispersione. La quantità di corrente di dispersione dipenderà dal tipo di condensatore, gli elettrolitici avranno perdite più elevate rispetto a film e ceramiche.

— Giovanni D.
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Un "condensatore ideale" si carica istantaneamente da una batteria ideale (con cablaggio ideale a induttanza zero), in un picco di corrente infinita. Immagino tu stia parlando di una batteria reale con resistenza interna diversa da zero e della costante di tempo RC per far scendere la corrente a zero.

— Peter Cordes,

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@PeterCordes hai ragione, stavo considerando un condensatore ideale ma una batteria e un cablaggio reali, nel qual caso la corrente inizia in grande e decade esponenzialmente a zero. Ma se sono entrambi ideali come dici, otterrai un impulso di corrente e il tappo si ricaricherebbe all'istante.

— John D,

Sì, intendevo dire "costante di tempo RC affinché la corrente scenda verso lo zero", non "a zero". Questo è quello che ottengo per il nit-picking: P

— Peter Cordes,

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Un condensatore ideale sarebbe un circuito aperto a CC, quindi nessuna corrente fluirebbe e nessuna energia verrebbe consumata dopo che il condensatore è completamente carico.

Tuttavia, i condensatori reali hanno una piccola corrente di dispersione, quindi, nella vita reale, l'energia sarebbe consumata dalla batteria molto lentamente dopo la ricarica iniziale.

— Peter Bennett
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Dovresti controllare qualcosa chiamato "resistenza di isolamento"

Cito da Murata:

La resistenza di isolamento di un condensatore ceramico monolitico rappresenta il rapporto tra la tensione applicata e la corrente di dispersione dopo un tempo impostato (es. 60 secondi) mentre si applica la tensione CC senza ondulazione tra i terminali del condensatore. Mentre il valore teorico della resistenza di isolamento di un condensatore è infinito, poiché c'è meno flusso di corrente tra gli elettrodi isolati di un condensatore reale, il valore di resistenza effettivo è finito. Questo valore di resistenza è chiamato "resistenza di isolamento" ed è indicato con unità come Meg Ohms [MΩ] e Ohm Farads [ΩF].

Ho controllato un foglio dati che avevo (numero parte: GRM32ER71H106KA12 ) per un esempio per approssimare la quantità di perdite che deve passare. Controlla l'immagine qui sotto:

Per comprendere appieno il comportamento del condensatore allo stato stazionario (come nel collegare direttamente un condensatore a una batteria), consiglio vivamente di leggere il seguente articolo: http://www.murata.com/support/faqs/products/capacitor/mlcc/ car / 0003

— FHLB
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Se la polarità della batteria viene invertita in questo scienario, anche un condensatore ideale consumerà corrente per modificarne la polarità in accordo con la batteria. Ma in questo caso solo un condensatore reale sarà in grado di consumare energia a causa dell'effetto elastico, cioè perdita di carica dai bordi del condensatore. Tuttavia dipenderà dal tipo di condensatore e dal materiale utilizzato nella realizzazione del condensatore.

— user363203
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