Задача о конденсаторах, ответ на «ПОЛУЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПОСРЕДСТВОМ НЕЛИНЕЙНОЙ ЕМКОСТИ»


Приветствую, дорогие друзья. На связи Тимур гаранин.

Некоторое время назад мне дали ссылку на ролик, который назывался «получение энергии посредством нелинейной емкости». Автор ролика пытался рассчитать заряд и энергию параллельно соединенных конденсаторов и последовательно соединенных конденсаторов. С параллельным соединением конденсаторов он справился, слава богу, это тривиальная задача, поэтому этот фрагмент ролика мы пропустим. А вот последовательное соединение конденсаторов этот человек не осилил, поэтому давайте сейчас посмотрим этот фрагмент.

«ПОЛУЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПОСРЕДСТВОМ НЕЛИНЕЙНОЙ ЕМКОСТИ»

Как мы видели, человек честно пытался посчитать (НЕВЕСТЬ КАКИМИ СПОСОБАМИ) заряд и энергию сборки последовательно соединённых конденсаторов с разной емкостью. На самом деле, задача это достаточно проста, и решается всё теми же формулами из школьного учебника по физике. И сейчас я покажу это решение.

Но перед этим я бы хотел пошагово показать процесс разряда сборки конденсаторов с разной емкостью.

Представим, что у нас есть два последовательно включенных конденсатора, емкостью 10 Фарад, и емкостью 1 Фарад. Они заряжены до одинакового напряжения, каждый до 10 вольт, вся сборка, соответственно — 20 Вольт. По известной школьный формуле несложно посчитать, что заряд первого конденсатора составляет 100 кулон, заряд второго конденсатора — 10 Кулон.

Замкнём цепь на нагрузку. Так как конденсаторы включены последовательно, согласно закону Ома через них протекает одинаковый ток. Следовательно, они теряют одинаковое количество заряда. Допустим, они разрядились на 10 кулон. В этом случае напряжение на маленьком конденсаторе уже равно нулю. Но напряжение на большом конденсаторе равно ещё 9 вольт!

А это значит, что суммарное напряжение всей сборки еще не равно нулю. Следовательно, большой конденсатор будет продолжать разряжаться, а маленький конденсатор будет заряжаться в обратном направлении. Вот почему нельзя включать последовательно электролитические конденсаторы и аккумуляторы с разной емкостью. Меньший из них будет при разряде разряжаться первым и заряжаться в противоположном направлении. Это первая и главная причина, почему не рекомендуется последовательно включать разные емкости.

Итак, большой конденсатор продолжает разряжаться, а маленький конденсатор заряжается в противоположном направлении. Но до какого напряжения это будет продолжаться. Для того, чтобы это рассчитать, нужно знать, сколько ещё заряда отдаст вся сборка. А для того, чтобы вычислить, какой заряд отдаст сборка, нужно общую ёмкость умножить на общее напряжение сборки.

Общая емкость последовательно включенных конденсаторов вычисляется по известной школьной формуле. Зная общую емкость и напряжение, мы вычисляем заряд. А зная заряд и ёмкость каждого из конденсаторов, мы рассчитываем напряжение на этих конденсаторах.

Собственно говоря, рассчитать общую ёмкость и, исходя из неё, какой заряд отдаст заряженная сборка последовательно включенных конденсаторов, мы могли с самого начала. Но я хотел наглядно продемонстрировать, Что происходит с каждым из конденсаторов во время разряда.

 

Обратите внимание на то, что после разряда всей сборки большой конденсатор всё ещё остался заряженным, а маленький – заряженным обратно. То есть сборка не смогла полностью использовать запасенную в ней энергию. Часть заряда просто застряла между конденсаторами. И это уже вторая причина, почему неразумно включать последовательно конденсаторы и аккумуляторы разной емкости.

 

А теперь перейдем к самому интересному. Посчитаем, сколько энергии может отдать параллельная сборка из заряженных конденсаторов и последовательная сборка из них же.

Начнём с параллельной сборки.  Входные данные для конденсаторов те же самые. Общая емкость равна сумме емкостей параллельно включенных конденсаторов. И общий заряд также равен сумме зарядов параллельно включенных конденсаторов.

Энергия сборки вычисляется по известной школьной формуле. И мы можем рассчитать, что сборка параллельно включенных заряженных конденсаторов отдаст нам 550 джоулей.

 

А теперь эти же конденсаторы, тоже заряженные, соединим последовательно. Опять вычислим общую емкость по формуле последовательно включенных конденсаторов. Зная напряжение сборки и общую емкость, мы вычислим заряд. Зная заряд и напряжение, мы вычисляем энергию, которую может отдать нам сборка последовательно включенных заряженных конденсаторов. И оказывается, что энергия такой сборки равна примерно 182 Джоуля.

Эта разница в энергии наглядно демонстрирует, что при последовательном включении конденсаторов с разной емкостью заряд такой сборки используется не полностью. И чем больше разница между емкостями, тем больше заряда остаётся неиспользованным.

 

Напомню, что саму задачу я взял из ролика под названием «получение энергии посредством нелинейной емкости». Что вероятно свидетельствует о том, что автор ролика верит в возможность получения энергии посредством перекоммутации конденсаторов.

Я надеюсь, мне удалось донести, что разница в энергии берётся не за счёт сверхединичности, а за счет неиспользованного заряда последовательно соединенных конденсаторов. Т.е. такая сборка отдаст меньше энергии, чем потрачено на заряд конденсаторов.

 

Давайте сделаем выводы:

1. Для того, чтобы рассчитать, какой заряд отдаст сборка конденсаторов, нужно для начала определить общую емкость этой сборки по известным школьным формулам.

2. Разряд последовательно включённых конденсаторов и аккумуляторов с разной емкостью приводит к тому, что меньший из них быстрее разряжается и далее заряжается в обратном направлении. Это приводит к выходу из строя электролитических конденсаторов и аккумуляторов.

3. Последовательное включение конденсаторов и аккумуляторов с разной емкостью не позволяет полностью использовать запасенный в них заряд.

4. Формулы расчета емкостей и зарядов, которые мы использовали, хорошо работают для линейных конденсаторов. Во всех остальных случаях нужно использовать вольт-фарадные характеристики.

5. И в любом случае, искать сверхединичность за счет перекоммутации конденсаторов – это, увы, симптомы серъезного падения уровня образования.

 

На сегодня всё.  Если ролик был для вас полезен, ставьте лайки, делитесь с друзьями, подписывайтесь. Обязательно пишите в комментариях, какие темы вы еще хотели бы рассмотреть. Всем удачи!

Запись опубликована в рубрике Научная Критика с метками , , , , , , , , , , , , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *