Куда уходит энергия в конденсаторах?

[PacinkSN]

Уважаемые специалисты!
При заряде одного конденсатора другим, ни в коем случае нельзя пренебрегать малыми сопротивлениями!
Практически вся энергия уходит в тепло!
Чтобы убедиться в этом, необходимо заряжать разряженый конденсатор через достаточно большое сопротивление.
Упреждая Ваши возражения, предлагаю провести следующий эксперимент:
1. Берём 20 конденсаторов 2200 мкф Х 450В (EPCOS B43456-A5228-M)
2. Соединяем их по 10 штук в 2 паралельные группы
3. Берём керамический проволочный резистор на 3 кОм, с алюминиевой стружкой внутри, для погашения эдс самоиндукции. Вес около 50 гр.
4. Помещаем резистор в хороший теплоизолятор а внутрь резистора безкорпусную термопару.
5. Теперь через диодный мост заряжаем одну группу конденсаторов через резистор от сети 220В, и видим, через время, что температура увеличилась, и прекратила изменяться. Зафиксировали изменение температуры на 22 гр Цельсия.
6. Теперь остоединяем заряженую группу от диодного моста, и соединяем с разряженой группой, через тот же резистор. Со временем видим, что температура перестала изменяться. Фиксируем изменение температуры на 11 градусов.
7. Меряем напряжение на обеих групах, они равны, по 158 вольт, что в два раза меньше первоначального на первой группе.

При попытке зарядить вторую группу конденсаторов от заряженой первой, через обычный монтажный провод 0,75 квадрата, длинной 15-20 см, через рубильник, - провод мгновенно испарился.

Сомневающихся прошу повторить эксперимент, и выложить здесь результат.
С уважением!

[madeveloper]

Сообщение от madeveloper

При разгоне работа переходит в кинетическую энергию массы. При торможении наоборот, масса производит работу. Причем равную затраченной.

Это если что-то подвернётся, на что потратить кинетическую энергию, а при отсутствии этого нечто, придётся затратить энергию, чтоб погасить скорость.

Нет. Раскрутите от розетки электрогенератор c маховиком. Что нужно поключить к электрогенератору, чтобы остановить маховик? Правильно. Лампочку (лучше две), а не опять розетку.

[Borodaru]

Сообщение от vly67

‹...›Эта работа по перемещению электронов равна половине энергии W/2.

Вполне достойное объяснение.
Присоединяюсь.
Никак не мог понять, почему большинство электролюбителей считают, что конденсатор заряжается на халяву...
Вот ещё, гуглём навеяло:
Дж/м^3=(Н*м)/м^3=Н/м^2=Па.

Удивляюсь некомпетенции различных юзеров от форумов.
Сидят пацаны и сочиняют всякую ахинею по поводу вопросов из области школьных учебников.
Какие-то формулы пишут, к ним свои объяснения.

Все гораздо проще, учите радиотехнику и радитехнические материалы. Называется это "добротность".
Добротность зависит от качества материалов.
Самая высокая добротность в конденсаторах с воздушным зазором в идеальной среде (температура, влажность, давление) Высокой добротностью обладают керамические и слюдяные конденсаторы, у них очень малые потери энергии. Потеря энергии (стекание электронов в диэлектрик) зависит не только от качества диэлектрика, самих полюсов, но и от конструкуии конденсаторов, количества слоев полдюсов, материалов конструктива и конструктивных особенностей.
Весьма высокая добротность у ионисторов, при емкости в несколько фарад их потери ниже слюдяных конденсаторов.
Обращайтесь сначала к справочной литературе, а не выносите глупые вопросы на форумы, где сидят интеллектуалы от сохи (клавы).

[ah-ha]

Сообщение от ah-ha

Сообщение от madeveloper При разгоне работа переходит в кинетическую энергию массы. При торможении наоборот, масса производит работу. Причем равную затраченной. Это если что-то подвернётся, на что потратить кинетическую энергию, а при отсутствии этого нечто, придётся затратить энергию, чтоб погасить скорость.

Нет. Раскрутите от розетки электрогенератор c маховиком. Что нужно поключить к электрогенератору, чтобы остановить маховик? Правильно. Лампочку (лучше две), а не опять розетку.

Лампочка - это сила трения, которую вы исключили, или размыкание системы. Попробуйтп используя лампочку раскрутить маховик.

[plic]

‹...›

Зачем Вы написали что "инвалид чернобыля"?..
Чтобы Вам не смогли ответить в Вашем стиле?...

У Вас получилось.

[plic]

Если

‹...›Практически вся энергия уходит в тепло!‹...›

За счёт чего же:

7.‹...› напряжение на обеих групах, они равны, по 158 вольт, что в два раза меньше первоначального на первой группе.‹...›

[madeveloper]

Вопрос походу философский. Мир устроен таким образом, что любое тело, имеющее потенциальную энергию, стремится перейти в состояние с меньшей потенциальной энергий, а разницу истратить на какую либо работу. Для тел имеющих массу, работа выражается в увеличении кинетической энергии, т.е. скорости движения. Та в свою очередь, под действием внешнего поля, может переходить назад в потенциальную. Если прочих накладных расходов нет, мы получаем колебательный процесс. Теперь к нашим емкостям. Мы предлагаем системе перейти в новое потенциальное (сразу замечу _статичное_) состояние. По закону сохранения заряда, это состояние характеризуется двукраной потерей потенциальной энергии. Так вот. Что бы наша система перешла в это новое статичное состояния, точнее даже _захотела_ перейти, мы должны ей дать возможность совершить указанную выше работу. Это ее требование, как бы глупо это не звучало.

Для идеальной системы, где прочих потерь нет, а электрон имеет малую, но массу, в начале работа будет сводится к увеличению кинетической энергии электрона. В какой-то момент он достигнет обкладки второго конденсатора и там для него единственная возможность - это затормозить, переводя свою кинетическую энергию, опять в потенциальную. Поскольку поле действует на все электроны сразу, а время их пробега до второго конденсатора не нулевое, то через время примерно равное времени пробега, мы получим ситуацию, при которой весь заряд перетечет на второй конденсатор. И процес начнет повторяться, но уже в обратную сторону. Полная энергия системы будет постоянной и складываться из потенциальной и кинетической. Вобщем получим колебательную систему, которая не перестанет колебаться, пока мы ей не дадим возможность произвести указанную выше работу.
Для этого реальный мир предоставляет конденсаторам множество возможностей: сопротивление обкладок, проводов, диэлектрика и всевозможные индуктивности.

Все написанное мы по отдельности уже в здесь видели. Я лишь добавил две мысли:

1. Только стремление к возможному минимуму потенциальной энергии приводит систему в движение
2. В реальности система найдет способ совершить работу "наружу"

[vly67]

Не ожидал, что так много электронщиков стремится стать немного физиками. Как я вижу из многих сообщений процесс это многотрудный и часто бесполезный…. Хотя отрицательный результат тоже результат.
Основной камень преткновения – это просто непонимание того, что энергия из системы может уходить куда-то ещё кроме как на тепловыделение, излучение и то, что можно пощупать , измерить прибором и т.п.
Здесь проскользнуло сообщение, что заряд уменьшается после соединения конденсаторов. Я повторюсь– заряд сохраняется, уменьшается только энергия системы.
Ещё мне понравился правдоподобный контраргумент (с точки зрения электронщика)

Сообщение от vly67

Эта работа по перемещению электронов равна половине начальной энергии : W / 2.

Сообщение от Falconist

Раз выполняется работа, на нее тратится энергия... Вроде бы так...

Это не так , имхо. Работа , совершаемая над зарядами при отсутствии потерь на излучение/нагрев - полностью переходит в потенциальную энергию этих зарядов. Наглядный пример на "пальцах" : высокодобротный LC контур может 10...100 раз полностью переместить заряд от конденсатора в него же обратно, даже с изменением полярности , но особой работы и соответсвующих потерь вы не обнаружите.

В общем дела обстоят так:
Из физики известно, что работа поля по перемещению заряда по замкнутой траектории равна нулю
A = Q * dU, где Q – заряд, dU – разность потенциалов.

Каким образом получается ноль, если заряд все таки движется? Все очень просто - при возвращении заряда в начальную точку с первоначальным потенциалом конечная разность потенциалов равна нулю, т.е. dU = U1- U2 = 0, поскольку U1 = U2.
Соответственно и работа A = Q * 0 = 0 - равна нулю.

Если провести аналогии с приведённым примером, относительно LC контура, то окажется много общего – конденсатор и индуктивность просто обмениваются зарядами - движение зарядов идет в 2 направлениях (сначала в одну, потом в другую сторону). В результате заряд возвращается в изначальную точку (dU равна нулю). Заряд в системе сохраняется (в случае добротности равной бесконечности) и энергия из системы не тратится на работу по перемещению заряда (работа равна нулю). В реальной системе добротность не бесконечна, а это значит, что энергия тратится на тепловыделение и в конце концов колебания в контуре затухают.

В случае параллельного соединения конденсаторов имеем совершенно другой процесс – заряд (его часть) движется только в одну сторону – от конденсатора С1 к конденсатору С2. Это значит, что заряд переходит в точку с новым потенциалом и разность потенциалов dU не равна нулю. Следовательно, производится работа по перемещению заряда, отличная от нуля.

И последнее – энергия из системы не уходит (это не призрак) , а именно тратится на работу по перемещению заряда.

[DMJ]

Не нужно мудрить, все просто. Возьмите два конденсатора (заряженный и незаряженный), соедините их через честный резистор сопротивлением R и подсчитайте энергию (не мощность!), которая выделится на этом резисторе в течение переходного процесса. Получится ровно половина той энергии, что была запасена в первом (заряженном) конденсаторе. Но самое удивительное, что при выводе формулы для подсчета этой энергии R сократится. Таким образом, количество превратившейся в тепло электрической энергии от R не зависит, даже если R=0. В последнем случае график тока перезарядки конденсаторов будет дельта-функцией - импульсом бесконечной амплитуды и нулевой длительности.
Похожий парадокс имеет, кстати, место при обыкновенной зарядке конденсатора от источника напряжения. Энергия, отданная источником оказывается вдвое больше накопленной конденсатором - КПД=50%. Чтобы увеличить КПД, нужно заряжать конденсатор через дроссель, чтобы процесс был колебательным, и прерывать зарядку на пике напряжения на конденсаторе, когда дроссель отдал ему всю накопленную энергию.

[plic]

Для любителей сопротивлений и выделений разных:
Почему все считают что сопротивление только одно?..

И ещё раз прошу объяснить, чем отличается конденсатор переменной ёмкости, от соединения двух конденсаторов проводниками не имеющими сопротивления и индуктивности, то есть - идеальными?..

-- Прилагается рисунок: --