Elektronflöde i krets med kondensator

[KLset]

Håller på att lära mig om elektronik och hoppas att kunna få svar på hur elektronflödet ser ut i denna krets när man växlar brytaren från position 1 till 2, samt lite om vad som händer. Exemplet är figur 4.3 från Tillämpad elektronik av Jan Soelberg (tack till Jonyverse för inskanning och uppladdning). Har också läst lite i Lessons In Electric Circuits volym I för att få lite mer förståelse för hur en kondensator fungerar.

Som jag förstått det:

I den översta skissen av kretsen där brytaren är i position 1 laddas kondensatorn då elektroner flödar från 0 och ansamlas i kondensatorns högra platta där ett överskott på elektroner skapas. I dess vänstra platta skapas istället ett underskott på elektroner då de flödar mot +9V. Över- och underskottet av elektroner i kondensatorn uppkommer på grund av det elektriska fält som kondensatorn ger upphov till när man spänningssätter den. (Än så länge vet jag inget mer än så om elektriska fält.) Lampan lyser upp till dess att kondensatorns spänning är densamma som strömkällans.

När brytaren sedan sätts i position 2 orsakar spänningsskillnaden i kondensatorns två plattor en elektronström i motsatt riktning jämfört med tidigare. Elektroner strömmar också från 0 till kondensatorns vänstra platta, eftersom det finns en spänningsskillnad även där. Lampan lyser upp en kort stund igen och slockar när spänningen i kondensatorn sjunkit så pass att lampas inte längre kan drivas.

De rosa pilarna visar riktningen på elektronströmmarna.

Har jag förstått det rätt och finns det något mer som är nämnvärt? Mer ingående förklaringar välkomnas.

[metric]

Strömmen får INTE motsatt riktning när du slår över till tvåan.
Från batteriet går ingen ström i läge två.

[arvidb]

Elektroner strömmar också från 0 till kondensatorns vänstra platta, eftersom det finns en spänningsskillnad även där.

Detta stämmer som sagt inte. En spänning är alltid relativ till något annat. De nio volten finns bara mellan din 9V-anslutning och 0V-anslutningen, och kretsen måste vara ansluten till båda dessa för att "se" en spänning. Spänningen över kondensatorn finns dock kvar: så fort plus-sidan på din uppladdade kondensator ansluts till 0V så hamnar kondensatorns minus-sida på -9V relativt 0V-anslutningen (och spänningen jämfört med 9V-anslutningen kommer att vara -18 V på den punkten i anslutningsögonblicket).

[arvidb]

metric: observera att KLset pratar om elektronflödesriktningen, inte strömriktningen, vilket gör det hela rätt förvirrat.

För visst måste strömmen gå åt andra hållet när switchen sätts i position 2?

Tips till KLset: om du vill lära dig om eller designa elektronik, tänk "strömriktning" (från plus till minus) istället för elektronflödesriktning. Det är så alla andra gör, så det blir liksom lättare så...

[HUGGBÄVERN]

tänk "strömriktning" (från plus till minus) istället för elektronflödesriktning.

Precis så tänker man eftersom man blir lite halvt galen annars.

DÄREMOT: när man studerar enskilda komponenter där elektronströmmarna spelar stor roll när man skall förstå, tittar man på hur elektronerna rör sig. Men jag skulle vilja säga att ENBART när man tittar på en komponent som inte sitter i en krets.
Så t ex förklarar elektronströmmarna hur en kondensator fungerar och är en hjälp när man skall förstå elektronrörens arbetssätt, men så fort komponenterna hamnar tillsammans man sladdar, motstånd och omkopplare tänker man ström - från PLUS till MINUS.

[metric]

Visst är det så att strömmen byter riktning.
Att en så enkel krets kan ge så mycket huvudbry !

[KLset]

Elektroner strömmar också från 0 till kondensatorns vänstra platta, eftersom det finns en spänningsskillnad även där.

Detta stämmer som sagt inte. En spänning är alltid relativ till något annat. De nio volten finns bara mellan din 9V-anslutning och 0V-anslutningen, och kretsen måste vara ansluten till båda dessa för att "se" en spänning.

Jag skulle skrivit elektroner strömmar också från 0V-anslutningen till kondensatorns vänstra platta, eftersom det finns en spänningsskillnad även mellan dessa punkter, då det var så jag tänkte. Jag förstår att spänning inte finns i en punkt, utan att den är relativ. Finns det då ingen spänning mellan 0V-anslutningen och kondensatorns plus-sida (vänster)? Och går det inget ström från eller till 0V-anslutningen när brytaren är i läge två?

Spänningen över kondensatorn finns dock kvar: så fort plus-sidan på din uppladdade kondensator ansluts till 0V så hamnar kondensatorns minus-sida på -9V relativt 0V-anslutningen (och spänningen jämfört med 9V-anslutningen kommer att vara -18 V på den punkten i anslutningsögonblicket).

Det här var nyttigt, för jag hänger inte alls med. Men, spänningen över kondensatorn självt är i alla fall 9V?

[arvidb]

Finns det då ingen spänning mellan 0V-anslutningen och kondensatorns plus-sida (vänster)? Och går det inget ström från eller till 0V-anslutningen när brytaren är i läge två?

Stämmer! Edit: Följande förklaring är fel, se inlägg nedan! När brytaren håller på att slå om och inte har kontakt med någon av anslutningspunkterna så säger man att hela högra delen av kretsen (kondensatorn + lampan) "flyter" i förhållande till strömkällan. Det är inte meningsfullt att prata om spänningar mellan ej ihopkopplade kretsar. Spänningen mellan en godtycklig punkt på varje sida är odefinierad.

Detta är samma princip som gör att fåglar kan sätta sig på högspänningsledningar utan att skadas. Trots att spänningen i ledningen kanske är flera kilovolt jämfört med marken så kan fågeln flyga från marken och sätta sig på ledningen utan att ta skada. Detta eftersom den inte sluter någon strömkrets mellan marken och ledningen. Elektriskt så "flyter" fågeln jämfört med både mark och ledning när den är i luften. Så fort fågeln sätter sig på ledningen (eller marken) så får den en definierad spänning, och skulle den då samtidigt nudda marken (ledningen) så... *poff!*

Men, spänningen över kondensatorn självt är i alla fall 9V?

Japp! Och eftersom spänningen mellan spänningskällans 0V och 9V är 9 V, och du ansluter kondensatorns plussida till 0V (och alltså definierar den sidan av kondensatorn till att ha spänningen 0 V jämfört med spänningskällans 9V-anslutning), så hamnar kondensatorns minussida ytterligare 9 V under 0V-anslutningen, d.v.s. 18 V under 9V-anslutningen. Klart som korvspad?

[danei]

Stämmer! När brytaren håller på att slå om och inte har kontakt med någon av anslutningspunkterna så säger man att hela högra delen av kretsen (kondensatorn + lampan) "flyter" i förhållande till strömkällan. Det är inte meningsfullt att prata om spänningar mellan ej ihopkopplade kretsar. Spänningen mellan en godtycklig punkt på varje sida är odefinierad.

Nej. Den flyter inte. Den är ju fortfarande ansluten till nollan.

[arvidb]

Tack. Fick visst lite hjärnsläpp där.

Edit: Heh, det kan ju vara bra att faktiskt kolla på kretsschemat medan man skriver ett sånt här svar. Så här borde jag ha skrivit istället:

Finns det då ingen spänning mellan 0V-anslutningen och kondensatorns plus-sida (vänster)? Och går det inget ström från eller till 0V-anslutningen när brytaren är i läge två?

Stämmer! När brytaren slår om hamnar kondensatorns spänning över lampan och strömmen som då flyter i kretsen har inget med din 9 V strömkälla att göra. Du måste ha en sluten krets för att en ström ska kunna flyta.

Bättre?

[arvidb]

För övrigt, "1 kµF" skrivs vanligen som "1000 µF". Man tycker annars att 1 mF borde funka bra här, men jänkarna är ju rätt dåliga på detta med SI-prefix så det finns risk för att m och µ förväxlas.

[KLset]

Och eftersom spänningen mellan spänningskällans 0V och 9V är 9 V, och du ansluter kondensatorns plussida till 0V (och alltså definierar den sidan av kondensatorn till att ha spänningen 0 V jämfört med spänningskällans 9V-anslutning), så hamnar kondensatorns minussida ytterligare 9 V under 0V-anslutningen, d.v.s. 18 V under 9V-anslutningen. Klart som korvspad?

Att använda 0V-anslutningen som referens när man tillskriver kondensatorns spänning som du gör, är det en konvention som jag bör ta till mig? Jag tänker att eftersom 0V-anslutningen inte har någon påverkan längre i kretsen när 9V-anslutningen är bortkopplad så man kan ju lika gärna bara säga att det är 0V på kondensatorns minus och +9V på plus.

Bifogar en bild på kretsen som jag kände mig manad att sätta ihop för att göra mätningar. Det förvånade mig att kondensatorn efter att den laddats upp och kopplats bort från kretsen självurladdar med klart märkbar hastighet. Komponenterna är desamma som i schemat, men volttalet på kondisen är 25V istället.

soelberg_4-3_krets.jpg

Rätt kul med enkärnig tråd som är så styv att man kan bygga kretsar på detta vis. Ett kopplingsdäck står på inköpslistan dock.

För övrigt, "1 kµF" skrivs vanligen som "1000 µF". Man tycker annars att 1 mF borde funka bra här, men jänkarna är ju rätt dåliga på detta med SI-prefix så det finns risk för att m och µ förväxlas.

Det var jag som lade till prefixet. I schemat i boken står det 1000 µF. Tack för notisen.

[SM7CZR]

Trots att spänningen i ledningen kanske är flera kilovolt jämfört med marken så kan fågeln flyga från marken och sätta sig på ledningen utan att ta skada.

Fåglarna sätter sig oftast på den översta tråden på kraftledningar, jordpotential. Kolla gärna.

[arvidb]

Att använda 0V-anslutningen som referens när man tillskriver kondensatorns spänning som du gör, är det en konvention som jag bör ta till mig? Jag tänker att eftersom 0V-anslutningen inte har någon påverkan längre i kretsen när 9V-anslutningen är bortkopplad så man kan ju lika gärna bara säga att det är 0V på kondensatorns minus och +9V på plus.

Jag är inte helt med på vad du menar här, men visst är det väl lämpligt att definiera en punkt i kretsen som 0 V (eller jord/GND) och sedan hålla fast vid det mellan olika mätningar. Annars blir det nog lätt förvirring? Och när switchen är i läge 2 så är ju det du kallade för "0" och kondensatorns plussida samma punkt elektriskt.

Om man sedan bygger en mer komplicerad krets kan det ibland vara idé att ha olika jordpunkter för olika ändamål - t.ex. en jord för den digitala delen och en analog jord som man har som referensspänning för A/D-omvandlare m.m. Så länge det är tydligt mellan vilka punkter spänningen är uppmätt...


Kul att du kopplade upp det och mätte på riktigt!

[KLset]

Jag är inte helt med på vad du menar här, men visst är det väl lämpligt att definiera en punkt i kretsen som 0 V (eller jord/GND) och sedan hålla fast vid det mellan olika mätningar. Annars blir det nog lätt förvirring? Och när switchen är i läge 2 så är ju det du kallade för "0" och kondensatorns plussida samma punkt elektriskt.

Om man sedan bygger en mer komplicerad krets kan det ibland vara idé att ha olika jordpunkter för olika ändamål - t.ex. en jord för den digitala delen och en analog jord som man har som referensspänning för A/D-omvandlare m.m. Så länge det är tydligt mellan vilka punkter spänningen är uppmätt...

Kul att du kopplade upp det och mätte på riktigt!

Nu känner jag äntligen att jag är med på allting. Det hjälpte lite att mäta, men det hade nog varit en fördel att kunna flytta och ändra i kretsen och inte ha den fastlödd som jag gjorde. Kopplingsdäck får det bli, som sagt. Multimetern hann fånga upp 18V också tack vare en funktion den har som kallas "CREST", annars hänger den inte med. Jag hade inte tänkt på att det ju faktiskt blir 18V över batteriet och kondensatorn innan du påpekade det. Den blir ju en spänningskälla precis som batteriet så i praktiken är det ju en seriekoppling man mäter upp. Tack arvidb för svaren och tipsen.