為何將一滿電理想電容與一相同無電電容以理想導線併聯會損失一半能量?

時間 2021-05-06 01:12:37

1樓:一時

我覺得可以反過來想一想(供參考): ① A電容併聯B電容後,電荷平分了。② 再把B電容的電荷移動到A電容,那是要做功的。③ 理想狀態下,這就是原來損失的能量。

2樓:王雨龍

按照LC電路振盪頻率f=1/[2*pi*(LC)^0.5]為無窮大,波長無窮小。只要其連線的無損導線有長度就不能按集中引數電路處理,而要按分布引數電路處理。

分有引數下無損導線具有電感電容,參與振盪,使振盪頻率不為無窮大。

故穩態下電容電壓不為U/2,而是對稱的超高頻正弦電壓。

3樓:逆旅xs

樓上匿名使用者發的說得很清楚了。實際上在有電阻的情況下,電阻損耗功率往往遠大於電磁輻射功率,只有在電阻非常小或者等於零時,電磁輻射功率,準確說是磁偶極輻射才佔主導地位。下面用電動力學梳理一下那篇文獻(以能量守恆推導電壓及電流變化):

設倆個電容器電壓差為 ,電流為 ,於是我們可以寫出,體系的電偶極矩和磁偶極矩為:

和 所以電磁輻射是偶極輻射為主的,下面寫出電容器功率、電阻損耗功率、磁偶極輻射功率:

磁偶極輻射功率:

電阻損耗功率:

電容器功率:

即 ,整理後有 。可以簡單計算出來:

,我們帶回去驗證電容器做功 ,電阻損耗 ,電容器的能量全部轉移到了電阻上。

即 ,令 代入後整理得到:

,求出 .

也就得到了電壓和電流的變化:,

雖然很小,但它不等於0,也就是說,電壓變化很快,電流很大,但不可能是瞬間變化的。認為是電偶極振盪輻射是不正確的。

我們現在可以代入驗證 .

4樓:閒聽花瓣聲

這個問題很好,好的是暴露了初高中物理那種理想模型的問題,同時也說明了理論都有缺陷。如果你是個高中生,要理解這個現象,不防做個思想實驗,先把題中的理想導線改為「理想導線串聯乙個一歐的電阻」,這樣損失的一半能量由這個一歐的電阻負擔,這個你能理解吧?再把一歐電阻改為0.

1歐,損失的一半能量也由這個0.1歐電阻負擔,再把電阻改為0.01歐,0.

001歐……?是不是損失的這一半的能量都由電阻負擔呢?當然是,這個大家都好理解的。

電阻值繼續減少,直到……無限的約等於0,損失的能量都是題中的「一半能量」呢,

5樓:盧健龍

題主這個問題是很好的,而這個問題下目前最高贊的 @Patrick Zhang 的回答則是存在很多錯誤的。

比如 @Patrick Zhang 在其回答中所說的:

我們並未看見有什麼能量損失。

可見,題主只考慮到電壓為原先的一半,卻沒有考慮到電容為原先的一倍,根本就沒有1/4這個值出現。可見題主出錯就在這裡。

題主的這道題用電容定義就能解釋。我從定義出發,經過簡單的推理,就得到了結果。

題主的錯誤在於,他沒有認識到改接線後,不但電壓為原先的一半,同時電容併聯的原因,容量增加了一倍。因此,題主的那個1/4是不會出現的,也不沒有什麼能量損失。

就都是錯的。

如題目描述那樣連線起兩個電容器之後,如果系統最終能夠達到乙個靜態平衡,那麼總能量確實會如題主注意到的那樣由 變為 。這個結論是很顯然的。請問 @Patrick Zhang 是怎麼『未看見有什麼能量損失』的呢?

又是怎麼看出『題主的那個1/4是不會出現的』呢?

另外提醒一下自詡為『認認真真做事的 @Patrick Zhang , ,而不是 。

題目中的這個電路在最終達到靜態平衡之前一般會經過乙個振盪階段,在這個振盪階段中會有兩個主要的能量流失途徑。第乙個因素就是電路中的電阻:如果電路電阻非零,那便會有一部分電能在振盪階段轉化為熱能。

第二個因素就是電線的尺寸(長度):只要連線兩個電容器的電線具有不為零的尺寸,振盪階段就會伴隨著振盪的電偶極矩,這會導致電磁波的產生。後者其實就是天線的原理。

正是這些能量流失途徑帶走了一半的能量,並使得系統最終可以達到乙個靜態平衡。

2019.09.18更新:

小管家終於把Patrick Zhang的回答標記上『可能存在事實錯誤』了。

6樓:Sulin Li

發現這裡急需乙個比較正式的解答

強烈推薦 ISSC MAGAZINE, WINTER 2017, CIRCUIT INTUITIONS 專欄

Ali Sheikholeslami 寫的 A Capacitor Analogy, Part 1-3

想直接看答案的可以看Part3 最後總結部分 : )鏈結 http://www.

eecg.utoronto.ca/~ali/intuitions.html

7樓:朱帥

在電路原理範圍內這個問題其實是回答不了的,因為兩個理想電容在任何時刻都可以看成理想的電壓源,而理想的電壓源是不能用理想的導線併聯的,所以嘗試用電路原理的理論去解釋都是有問題的

8樓:

不是專業人士隨手瞎寫的

9樓:lonelybag

電路理論並不能用於求解場的問題。

這個問題的關鍵應該在於,當開關閉合時,已充電電容應當視作乙個單位衝激電流源,此時電容兩端的電壓將發生突變,需要求解的是電路的單位衝激響應。

10樓:Keith Chang

當然是做功消耗掉了,只是做的什麼功,把能量轉化成了什麼形式在理想情況可現實情況不同。

試想極端情況:用理想導線短路理想電容,電容放電,電容兩端電壓降至0,此時系統電能為0,能量去哪了?理論上,用理想導線併聯兩個相同理想電容損失的能量跟用理想導線短路理想電容損失能量的「方式」相同,只是損失的「量」不同。

就是說,做了同種的功,系統損失的能量轉化成了同種能量,只是做功大小不同。

而現實情況是:一部分做了熱功,電能轉化成了熱能,還有一部分做電磁輻射功,電能轉化成了輻射能。(不過似乎不是直接這樣轉化的,許是先轉化成了電子的動能,然後再轉化成熱能和輻射能?

這麼說來的話理想情況中就是電勢能轉化成了電子動能?那麼電子從移動完成之後呢?又轉化成了什麼?

待理論物理學高手解答。)

11樓:天涯明月夜

樓主換一種思路,電容充滿電時能量儲存於靜電場中,當連線上另乙個電容時,電荷要移動到另乙個電容上,這就需要電荷有加速度及速度,即電場要對電荷做功。必然會有磁場儲能。等電荷移動到另乙個電容達到平衡時,電荷靜止了,為何會靜止?

電荷的動能轉換為其他能量了,假定理想電路,不存在熱損耗,只能轉化為電磁輻射,傳遞出去了。

12樓:重離子貓貓

按照你的前提,新的電容不會有電荷~因為理想導線的前提,併聯上的新電容兩個極板很舊電容極板完全等勢,電荷根本就不移動。能量也完全不發生變化。

13樓:高勇

你把電荷看成水,電容看成水箱,然後乙個水箱裝滿了水,在併聯乙個同樣空著的水箱,水會達到乙個平面,就是流到另乙個水箱一半水。

14樓:

看題主也是搞開關電源的,作為同行,特來回答,正如上面所說的,另外一半的能量變成電磁波發射出去了。題主這個例子在開關電源中的典型應用就是「開關電容變換器」,其基本原理和你問題描述的一樣,就是通過開關切換給電容充放電從而達到電壓變換的效果。題主可以去IEEE上搜尋下「」switching capacitor converter」 裡面有不少好文章有詳細的論述。

15樓:張杰

如果真有這麼理想的情況那電流豈不會像水一樣在兩個電極之間來回逛蕩,嗯,來回逛蕩,根本停不下來,所以現實是逛蕩逛蕩著就被電阻攔住了,或者能量變成電磁波輻射出去了。

物理學渣,個人猜測,無科學依據。

16樓:

因為你的模型是錯誤的,不存在兩個電容直接併聯的情況。

實際上電容之間一定是存在電感的,如果只有電容電感,這時會產生等幅振盪,能量在電感電容中交換,也就是電場和磁場中交換。

實際上還存在電阻,加入電阻後,產生的是衰減的振盪,能量消耗在電阻上了。

另外補充一下,上面說的衰減的振盪是指電阻較小的情況。電阻較大可能振盪不起來了。

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