Что произойдет, если я подключу конденсатор низкого напряжения к высокому напряжению?

Учитывая, что c = q / v, даже если я подключу его к более высокому V, его заряд Q может уменьшиться пропорционально, верно? Так почему он должен повредить мой конденсатор? или внутреннее электрическое поле станет слишком сильным и приведет к разрушению диэлектрика? Или он просто стал бы слишком протекающим, а затем перегрелся из-за значительного увеличения самонагревания?

Буквальный ответ таков :

Есть три перегоревших конденсатора; две из них можно рассматривать как спирали из серого материала, которые все еще находятся на месте, третий - не более чем основание и внутренние клеммы. Все они были рассчитаны на 6,3 В, но, из-за сбоя в регуляторе мощности, они были подключены к колоссальным 7,5 В. Можно подумать, что это ничтожно малое количество, но внешняя банка этого третьего конденсатора взорвалась с такой силой, что пробила отверстие в куске 3-мм пластика - на расстоянии около 80 мм - и встроилась в батарею на другой стороне.

Все эти коричневые вещи - волокнистый материал, похожий на картон, и он проникает повсюду. Я не знаю, есть ли какое-то масло внутри конденсатора, которое высыхает, когда оно подвергается воздействию воздуха, но я знаю, что оно прилипает как клей к тому, на что оно падает.

Вы должны быть осторожны с этими уравнениями.

c = q / v, Q = CV, все выглядят очень хорошо, но они применяются только в пределах, для которых они применяются .

Для конденсатора одним из ограничений является поддержание достаточно низкого напряжения, чтобы диэлектрик конденсатора оставался неповрежденным. При увеличении напряжения на клеммах электрическое напряжение на диэлектрике увеличивается, и в конечном итоге оно разрушается. Когда это происходит, у вас больше нет конденсатора. В лучшем случае у вас останется короткое замыкание или обрыв. В худшем случае у вас есть лаборатория, полная дыма и / или поездки в отделение скорой помощи.

Производители конденсаторов весьма полезны при печати максимального напряжения, которое будут выдерживать их крышки, прежде чем они перестанут быть конденсаторами. Обычно вы можете превысить это на несколько процентов за счет ресурса конденсатора. Если вы превысите его на 10 с, то время жизни вашего конденсатора станет равным нулю.

Если вы хотите знать, почему что-то происходит в реальном мире, вам нужна более сложная модель, чем чисто теоретическая формула.

Как сделаны конденсаторы? Они представляют собой два тонких листа электропроводящего материала с тонким листом электроизолирующего материала, помещенного между ними. Емкость определяется геометрией этих листов. Вам нужен более тонкий изолятор или большая поверхность для большей емкости.

Теоретически, изолятор не позволяет электронам течь через него. Материалы в реальной жизни ведут себя по-разному. При достаточном напряжении любой изолятор будет вынужден пропустить через него электроны.

Напряжение пробоя, где это происходит, зависит от материала, а также от его геометрии. Более тонкий лист изолятора сломается при более низком напряжении, чем более толстый.

Это явление пробоя обычно очень энергичное, потому что небольшое количество тока будет рассеиваться в виде тепла на огромное сопротивление изолятора. Это также может быть упрощением явления аварийного отключения при перенапряжении. Могут также происходить химические реакции, которые могут изменить поведение конденсатора.

Так что, если вы хотите сделать небольшой конденсатор большой емкости, он должен быть ограничен низкими напряжениями. По этой причине высокое напряжение и высокая емкость являются большими.

Для @andy формула должна применяться правильно.

согласно @andy и предсказанному @ user44635, конденсатор выйдет из строя, когда напряжение поднимется выше определенного предела.

То, как оно терпит неудачу, и его последствия зависят от

• напряжение отказа,
• $\frac{1}{2}CV^2$
• скорость изменения заряда и напряжения,
• тип конденсатора,
• материальные и производственные дефекты,
• факторы окружающей среды, такие как влажность и температура, подключенные источники питания.

@ceteras добавляет некоторые полезные идеи для @ user44635 и показывает, как мы всегда должны знать как теорию, так и практические отношения в том, с чем мы имеем дело.

Эффекты могут быть незначительными - клуб дыма или опасный, опасный для жизни и катастрофический.

В одном из инцидентов в 1960-х годах, относительно маленький конденсатор - я думаю, что он был 33 пФ или около того - (примерно 150 на 25 мм квадрат), который произвел мой отец, вызвал много сопутствующих повреждений. Небольшой городок с населением около 100 тыс. Человек был без света в выходные дни. Цоколь был на линии переменного тока 33 кВ или 100 кВ. Он использовался как часть емкостного делителя для измерения напряжения.

Это не удалось из-за дизайна и производственного брака. Я не помню, был ли кто-то убит или тяжело ранен. Это могло легко случиться.

Для @Loren кальки работают следующим образом: 33 кВ и 33 пФ (как я помню, они помечены как)

$\frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2} \times (33 \times 10^{-12}) \times (33 \times 1.4 \times 10^3)^2$

= ~ 35мДж (спасибо, @peter @loren)

Коэффициент 1,4 корректирует среднеквадратичное значение-> пиковое напряжение, при этом пики имеют тенденцию выходить из строя на пиках.

Разряд крышки потребует около 1 мс, что дает 35 Вт (может быть, намного быстрее).

При 100 кВ вы получаете в 9 раз больше энергии и мощности - 320 мДж.

Диэлектрик вышел из строя, вероятно, из-за несовершенства. Все городское снабжение (несколько МВА, даже в те дни) было перенаправлено к крышке, ионизировано воздухом, остальное уже история. Горячий конец был бы шиной, заземляющий конец был прикреплен к другой крышке в качестве разделителя, параллельного неоновому индикатору панели.

Достаточно, чтобы разбудить оператора, но мало что еще. Вклад линии электропередачи через ионизированный воздух, продержался бы немного дольше и нанес бы ущерб.

В присутствии

  high power
  high voltage 
  high current 
  capacitors
  inductors
  high energy electrical systems of all forms 

много энергии может быстро накапливаться и высвобождаться при напряжениях и токах, ненормальных для схемы.

@Charlie показывает хороший пример низкого напряжения.

Электролитические колпачки интересны в режиме отказа, так как жидкости (часто в гелях) могут кипеть и вызывать взрывной отказ из-за объема горячих газов, занимающих их внутреннее пространство. Они могут достигать температуры выше 100 градусов Цельсия, прежде чем взорваться и выпустить перегретый пар.

Инженеры всегда должны заботиться о безопасности себя и других.

Зарядка конденсатора всегда сопряжена с определенным риском, так как он может выйти из строя, даже если он работает в номинальных пределах из-за производства, обращения, окружающей среды или по любой другой причине.

Q = CV, поэтому, если емкость остается постоянной и вы повышаете напряжение, заряд должен увеличиваться. Подключение конденсатора к напряжению, которое превышает его номиналы, требует дыма или, возможно, даже фейерверка.