电容器随时间增加电压?


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我最近购买了两个3300uf 100v电容器,并将它们并联。我将其充电至100v,然后将其放电。然后,我挂上万用表,注意到电压上升非常缓慢,每20-40秒大约上升0.01伏。因此我对电容器放电,电压回到零。今天早上醒来时,我检查了电容器,发现它升到了5伏!而且我能够为它们供电。这里发生了什么?

编辑:

感谢罗伯特在答案之一中的评论,我认为他是对的。这可能是介电吸收。


1
哇!真的很好观察
slebetman's

Answers:


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您所观察到的被称为“介电吸收”或“恢复电压现象”。

这是由于充放电时电解液中的偶极子(离子)的种类引起的。

来自维基百科

介电吸收是指长时间充电的电容器在短暂放电时不会完全放电的效果。尽管理想的电容器在放电后将保持在零伏,但是实际的电容器将通过延时的偶极放电产生较小的电压,这种现象也称为介电弛豫,“吸收”或“电池作用”。对于某些电介质,例如许多聚合物薄膜,所产生的电压可能小于原始电压的1-2%,但对于电解电容器,可能高达15%。

进一步:

当电容器放电时,电场强度降低,并且分子偶极子的共同取向在松弛过程中返回到无向状态。由于磁滞,在电场的零点处,与材料相关的分子偶极子数量仍然沿电场方向极化,而电容器的端子上未出现可测量的电压。这就像电气剩磁。

Mouser笔记

7恢复电压

如果电容器在两个端子都短路后又被充电和放电,然后让端子断开一会儿,则电容器两端的电压会再次自发增加。这称为“恢复电压现象”。这种现象的机理可以解释如下:

当充电时,电介质会在内部产生一些电气变化,然后以相反的极性(介电极化)为电介质内部通电。介电极化以快速和缓慢进行的两种方式发生。当已充电的电容器放电直到电容器两端的电压消失,然后使端子断开时,慢极化将在电容器内放电并显示为恢复电压。(图28)。


5
安全问题:高压电容器在存储时,应安装短路线。否则,由于回收注入电介质中的电荷,它们可能会在数小时/日内升至危险电压。(电介质不是完美的绝缘体,它们只是大电阻器。)只要电容器长时间被充电到高电压,这种效果就会更大。电路中的高压电容器应并联高压“泄放电阻”,以消除此问题。
wbeaty

能量从何而来?当然,我们不能用断开的电容器制造一个永动机。
dotancohen

2
注意:我不是物理学家。在电容器中,通过沿电场定向偶极子来存储能量。能量=对齐。精力充沛=恢复混乱。通过放松偶极子释放能量。在短时间内迅速对电容器放电时会出现D / A。据我了解,它来自一些偶极子,比其他偶极子慢。因此,它们会延迟一段时间提供能量。您可能会在此处或在物理堆栈中提出另一个关注D / A原因的问题。那里已经有一个问题的答案
最终

4
@dotancohen-电容器是不完美的,就是这样。您输入1J,在正常放电中,您会得到0.9J,而您可能会再获得0.05J。(数字只是一个猜测)。
TLW

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介电吸收等效电路

  • 长时间放电后= 100V至5V C1V1 = C2V2
  • 主电容C1 = 3300uF,V1 = 100V和V2 = 5V
  • 因此C2 = C1 * V1 / V2 = 66 mF等效介电吸收电容
  • “每20-40秒.01伏”或10mV / 20s = dV / dt,因此C2在100V时电压上升,C1在0V时电压上升
  • 由于吸收帽C2上的串联ESR2,V1 = 100V时C2上的放电
    • 现在忽略泄漏R,
    • V2 / ESR2 = Ic2 = Ic1 = C1 * dV1 / dt或
    • ESR2 = V1 / C1 * dt / dV1 = 100V / 66mF * 20s / 10mV =3MΩ

原理图

模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图

注意,对于旧的E-Cap,等效电路中的每个组件值都可以通过各种测试来估算。您的测试估计了ESR2 * C2 = T2 = 180ks C2 / C1 = 20作为吸收/电容比。

床边笔记

  • 如果dV / dt为10mV / 30s,我们可以估计您的最低睡眠量吗?
    • 如果以10mV / 30s的速率达到5V的60%充电时间,则将需要5V / 10mV * 30s = 15ks = 4.17 h而又不知道早晨的dV / dt,我们只能假设它的速度要低得多,例如2T或3T表示8小时或12小时睡眠或ESR2减少过夜。

众所周知,随着时间的流逝,平行泄漏R值会降低,并且使用大型R系列调节旧的大型E盖会在许多情况下将泄漏R值提高到原始值。在处理老式的低ESR电容以防止层间短路时,这是一种安全的做法。


1

不同的可能解释:

  • 静电:地面与云层之间存在电位差是完全正常的。在“自由空气”中,这可以达到相当大的V / m,但后面却只有很少的电荷。试图测量几乎是不可能的。但是,如果您的两个电极在该梯度上延伸,则很可能可以给笔帽充电。
  • 射频采集:一切都充当天线。现在,这无关紧要,因为按照定义,RF感应是交流电,并且会自行消除,但是如果您碰巧遇到一些生锈/咸/ ...导体接口,则可以充当偶然的二极管。请参阅:早期的水晶收音机。
  • 剩余电量:我不太了解您的帽子,但假设短接并不能消除存储在其中的所有能量,而只能消除可以快速使用的能量,这在化学上是合理的。在这种情况下,如果您将瓶盖短路的时间更长,则不会发生这种情况。

0

实际上,电介质吸收的故事还可以,但是很复杂。简而言之:电场会使分子结构变形,就像用力按压某些厚而柔软的布会产生凹痕一样。到酒窝消失的时候,布料克服了重力再次上升了一点。

电解质和绝缘层中的分子变形逐渐反向,并且离子粒子返回其原始位置。这意味着新的电力,因为电荷分配已更改。


没有。DA是由电子在电介质中的实际运动(有时称为空间电荷)引起的。电动势非常强,涉及的电子数量少。这已经研究到死了。 iequalscdvdt.com/miscellaneous.html
罗伯特·

RobertEndl分子结构是由于电子及其可能的状态。只有电子将材料保持在一起。它们中的许多轨道是松散的,但是肯定存在一些限制,因为它不是导体。没有矛盾。空间电荷=分子结构中的电子在其所有可能状态中如何占据位置方面具有很大的变化可能性。
user287001

-7

您的万用表正在为电容器充电。


3
我不认为电压测量就是这种情况。对于电阻测量,可以。
MarcusMüller17年

我怀疑这是万用表,因为我让他们整晚都没有连接万用表就坐了整晚
Erik

1
我想您刚刚发现了介电吸收。查一下
罗伯特·恩德尔

@RobertEndl阅读有关它,您可能是对的。谢谢!
Erik
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