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!
