Por que a tensão em um capacitor não pode mudar instantaneamente?
Para alterar a carga de um capacitor, você deve adicionar ou remover elétrons das placas. esses elétrons têm massa e uma velocidade limitada na qual podem viajar. portanto, leva tempo para a carga mudar, não importa quão grande seja a força que tenta movê-la.
A tensão através de um capacitor é proporcional à carga da placa do capacitor. Portanto, para alterar a tensão, é necessário adicionar ou remover uma carga. para alterar a carga instantaneamente, você precisará de uma corrente infinita. isso simplesmente não é possível porque uma corrente infinita não é possível, sem mencionar a indutância e resistência parasitas fracas, mas inevitáveis, nos condutores e placas do capacitor, que também irão desacelerá-la. muito rápido é possível, instantâneo não. porque neste caso, a corrente que flui de/para o capacitor seria infinita.
isso não é possível por dois motivos:
o capacitor deve ser ideal e o circuito conectado ao capacitor (na verdade, deve ser um curto-circuito) ideal 0 – impedância supercondutora.
Mesmo que o primeiro caso seja preenchido, os elétrons no capacitor têm massa, um número limitado deles, eles não podem acelerar instantaneamente e não há uma quantidade infinita, a corrente não pode ser infinita.
pense em um recipiente cheio de água com uma porta de descarga. você não pode tirar tanta água de uma vez quanto o buraco permite. ou pense em uma carruagem em uma estrada íngreme. você empurra e leva tempo para levá-lo ao limite.
Da mesma forma, um capacitor só pode descarregar a uma determinada taxa de corrente; demora um pouco até que ele tenha alta. a tensão sendo proporcional à carga mudará lentamente, ao ritmo da corrente que passa.
podemos dizer que devido à resistência existente (que pode ser uma resistência interna na fonte ou uma resistência externa no circuito) no caminho entre a fonte e o capacitor, o capacitor é incapaz de carregar (da fonte) instantaneamente , ou seja, em tempo zero. Então a fonte de tensão precisa de energia infinita para mover toda a carga do capacitor em tempo zero.
Em termos técnicos, é porque a tensão através de um capacitor é proporcional à integral de tempo da carga que o alimenta. A taxa de transferência de carga elétrica é equivalente à corrente elétrica, o que causa uma mudança instantânea na tensão através de um capacitor. você precisaria de (a) um capacitor infinitamente pequeno ou (b) alimentá-lo com uma corrente infinitamente grande.
É intuitivamente óbvio que para alterar instantaneamente o nível de água do tanque, você precisa (a) de um tanque de volume infinitesimal e/ou (b) de um sistema para alimentar o tanque com água a uma velocidade infinitamente alta. a pressão da água é semelhante à tensão elétrica e o fluxo de água é semelhante à corrente elétrica.
