Corriente de desplazamiento
Compara las corrientes de hilo y de desplazamiento mientras un condensador se carga o descarga.
Acerca de esta herramienta
Explora un escalón de voltaje
Elige un ejemplo o fija capacitancia C, resistencia R, voltaje inicial del condensador V₀ y voltaje de fuente V₁. En t = 0 la fuente cambia a V₁ mientras el condensador empieza en V₀. Las curvas se actualizan inmediatamente en 0…6τ. El campo de tiempo y el deslizador mueven la sonda; la reproducción avanza una constante de tiempo por segundo real. Restablecer vuelve a t = 0. Las entradas originales, incluido el último tiempo introducido, se restauran en pausa; el cursor de reproducción es temporal.
Modelo RC ideal
Con τ = RC y u = t/τ, V_C = V₁ + (V₀ − V₁)e−u, Q = CV_C, I_cond = (V₁ − V₀)e−u/R, dV_C/dt = (V₁ − V₀)e−u/τ, I_d = C dV_C/dt y U_C = CV_C²/2. C se introduce en µF, R en Ω y los voltajes en V. Los rangos permitidos son 0,01…50 µF, 100…50000 Ω y 0…100 V. Es un circuito concentrado ideal con C y R constantes, sin fugas, inductancia de cables ni efectos de propagación.
La curva continua de corriente de hilo y la discontinua de corriente de desplazamiento se superponen: ambas expresiones dan la misma corriente con signo. La carga tiene corriente positiva; la descarga o un escalón de voltaje hacia abajo, corriente negativa. A voltaje constante ambas corrientes se anulan, aunque la carga y la energía almacenada pueden permanecer. El intervalo termina en 6τ, donde aún queda un transitorio finito; los valores t → ∞ aparte muestran el estado límite.
Qué significa el esquema
La placa izquierda es positiva cuando V_C > 0 y el campo eléctrico apunta hacia la placa derecha. Durante la descarga el campo conserva esta dirección mientras su intensidad disminuye; las flechas de corriente se invierten. La flecha del hueco representa corriente de desplazamiento, no portadores de carga que cruzan el hueco aislante. Las longitudes de flecha y el espaciado de placas son esquemáticos y no especifican campos eléctricos o magnéticos absolutos.
En la imagen de hueco de vacío, I_d = ε₀ dΦE/dt. Una superficie a través del hilo y una superficie a través del hueco, que comparten el mismo borde, dan términos coherentes de corriente y de cambio de flujo eléctrico. Importa el flujo completo. Este esquema no es una solución de campo para geometría de placas o frecuencia arbitrarias; en materiales también hay que considerar la polarización.
Ejemplo: C = 1 µF, R = 1000 Ω, 0 → 12 V da τ = 1 ms. En t = τ, V_C ≈ 7,58545 V y ambas corrientes ≈ 4,41455 mA.
Fuentes
- OpenStax, University Physics 2, §10.5: RC Circuits — carga, constante de tiempo y comportamiento límite. El voltaje inicial general sigue de la misma ecuación RC lineal con V_C(0) = V₀.
- The Feynman Lectures on Physics, II §18.2 — corriente de desplazamiento y el hueco del condensador.