理想电容器充电中的热量损失


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如果我们使用一个理想的电容器给另一个理想的电容器充电,我的直觉告诉我不会产生热量,因为电容器只是存储元件。它不应该消耗能量。

原始问题

但是为了解决这个问题,我使用了两个方程(两个电容器处于平衡状态时的电荷守恒和相等电压)来发现能量确实损失了。

我的图

我的解决方案

在这种情况下,热量散失的机理是什么?是将电荷推到C1上所需的能量吗?是否花费了精力加速充电并使其移动?我声称没有产生“热量”是正确的吗?

V0

并联电容


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您是否已阅读:en.wikipedia.org/wiki/Two_capacitor_paradox。我个人认为未列出正确答案。在我看来,正确答案是“0”(零),因为在可消耗功率电路中没有的元素。是的,我同意你的直觉。我也认为从这个有争议的悖论中提出一个(研究)问题是一个愚蠢的主意。基本上,您只需要知道老师期望的答案,然后选择即可。没有人从中学到任何东西。
Bimpelrekkie

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@Bimpelrekkie谢谢!该链接确实有帮助。我也同意你的看法
Aditya P

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正如@Huisman正确指出的那样,这是一个胡扯的问题。由于存在内在矛盾,您绘制的电路违反了我们对理想电路元件的定义:并联元件必须具有相同的电压,但电容器两端的电压不能瞬时改变。因此,并联连接两个具有不同电压的电容器是无效电路,并且不能通过常规电路技术进行分析。换另一本书。
艾略特·奥尔德森

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@BenVoigt示意图是具有基本元素的理想绘图工具,其中之一是理想的导线。为了指示诸如导线电阻之类的寄生虫,必须使用理想电阻器来指示。其他任何事情都是对符号的过分和不精确的滥用,从而导致歧义。豪斯曼给出正确答案。
沙姆坦(Shamtam)

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@BenVoigt学习电路分析的学生始终认为组件是理想的……否则您将无法对数学进行数学分析。这个问题显然是关于家庭作业的问题,需要从学生的角度来回答。
艾略特·奥尔德森

Answers:


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这些理论示例的问题在于,假设电流在0秒内无限的。在保护法中粗暴地取代了这一点:

ρt+J=0

ρ0+0

由于守恒,所以零时间无穷大的假设是错误的。

Pdiss=VI

因此,答案是:无法定义


ΩP=I2R=20


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是。这是唯一正确的答案。
Elliot Alderson

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功率损失无法计算,但是能量损失可以计算。
Ben Voigt

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您可以使保护法与狄拉克三角洲一起起作用。您不能将无穷大添加到实数/复数集并期望微积分继续工作。这使得该集合没有部分排序。如果不是部分有序,则没有Zorn引理,这意味着没有选择公理。
user110971 '19

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当质量以非弹性方式碰撞时,动量得以保留,但必须损失能量。两电容器悖论是一样的。电荷始终是守恒的,但是热量和电磁波会损失能量。我们的简单电路原理图模型不足以显示微妙的机制,例如互连电阻。

弹性碰撞可以说等同于在导线中添加串联电感器。两者之间的某个地方是现实-连接由电阻器和电感器组成;我们的示意图可能无法显示它们的事实只是我们想象力的弱点。


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在您写的另一个答案中,我也注意到了。也许您应该尝试联系stackexchange,他们可以找到针对您的用户。您应该对此进行报告。
Aditya P

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祝您投票愉快:)
草帽鸡

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我否决了这个答案,因为我不认为它能解决最初的问题。在我看来,您徘徊了对粒子和波物理学的讨论,这对OP毫无帮助。我认为允许匿名匿名投票是有原因的。现在,您的声誉比我高得多,请继续,做最坏的事情。过去,我对您的许多其他答案都投票赞成,但我不再打扰。必要时报告我。
Elliot Alderson

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@ElliotAlderson我没有报告任何我只是观察和评论的东西。我从未提及粒子或波物理学。我以牛顿方式与大众进行了比较,即动量守恒与电荷守恒非常相似。
安迪又名

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我们的示意图可能无法显示它们的事实只是我们想象力的弱点。嗯,我认为这要么是草率的问题起草,要么是试图说明理想电路与实际电路之间的鸿沟。碰撞类比是良好的物理学,单位和机制都是正确的,尤其是减去后的总能量留下的赤字与损耗的方式无关,例如未拉伸的部件可能是带有天线和变压器的初级变压器。辐射电阻就可以了。如图所示,电路是一个悖论,错了,SPICE会扼杀它
Neil_UK

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在这种情况下,热量散失的机理是什么?

通常,电线和开关具有一定的电阻。因为电流流过电线,所以会产生热量。

我注意到,如果将其充电至V0,则损失的能量等于存储在“等效”串联电容中的能量。有什么理由吗?

如果对电荷和电压成比例的“理想”电容器进行充电,则50%的能量将转换为热量。

但是,如果你有“真正的”电容在电荷和电压并不完全成正比(据我所知,这是对的DLC的情况下),将其转化为热能的比例是准确的50%。

这意味着观察的关键在于电容器的方程式(q〜v),没有独立于该方程式的“直观”解释。

(如果存在与方程式无关的解释,则“实际”电容器的百分比也将为50%。)


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我必须选择“问题无效”。

好像该问题已从上一个问题编辑为另一个问题。

“答案”的单位均为Q ^ 2 * C / C ^ 2或Q / C。

自从参加EE课程以来,对我来说已经40年了,但是那不是Voltage吗?您如何用电压单位回答“散热”问题?


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Q2
Q2C=QΔV

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显然迷失在我的大脑中。正确,所以单位是q ^ 2 / C。那单位到底是什么?赢家是焦耳。所以我可能需要拒绝我自己的答案。
pbm

Q2/CC2/F=C2/(C/V)=CV=J

0

R=0


R

V0=q0/C1I(s)

V0s=I(s)[R+1sC1+1sC2]=I(s)[R+1sC]
1/C=1/C1+1/C2
I(s)=V0/sR+1/(sC)=V0/Rs+1/(RC)i(t)=V0Ret/(RC).
P(t)=i(t)2R=V02Re2t/(RC),
0V02Re2t/(RC)dt=12CV02=q02C22C1(C1+C2).
RR=0

R

i(t)=CV0δ(t)P(t)=12CV02δ(t),
δ(t)1/timet=0


如果R = 0,那么耗散的能量会流向何处?具体来说,如何将其转换成热量?如何假设 R非零,然后将R设置为零,如何得出方程式?
Elliot Alderson

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@ElliotAlderson:R = 0的实际情况是红色鲱鱼。即使在“真实电路”中,我们也不假定导线中的R = 0。我们假设R为非零值,但“可以忽略不计”,这不是同一回事(而且这种假设有时会使我们陷入麻烦)。该推导表明,无论R多么小,只要它不为零,耗散的功率就始终相同。
迈克尔·塞弗

@MichaelSeifert是的,你说什么!只要非零,那正是我的意思。
Elliot Alderson

R=0i2=t=0i2Rm0gmga=mg/m=gm=0g

@lastresort从我阅读的内容来看,在牛顿框架内,无质量粒子不会经历g。正是由于重力如何弯曲空间,无质量物体才经历了g。
Aditya P
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