Хочется уже разобраться с рядом моментов, когда имеем очень сильное притяжение пластин конденсатора друг к другу за счёт силы Кулона, направленной по нормали к поверхности пластин. Она весьма ощутима. Почему бы не использовать этот факт с пользой. Для этого хотелось бы дать ответ на ряд фундаментальных и, одновременно, простых вопросов, которые я покажу ниже...
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Опыт 1.
Имеем тележку, на которой горизонтально закреплена пластина. Над ней неподвижно закреплена вторая пластина. После подачи на пластины разноимённого высокого потенциала тележка начинает катится в сторону неподвижной пластины за счёт небольшой тангенциальной составляющей сил Кулона. В этих опытах пренебрегаем трением, утечкой заряда и массой тележки. При притяжении тележки под неподвижную пластину силы Кулона выполнили работу А1.
Затем мы толкаем тележку, приложив силу горизонтально, обратно. При этом мы выполняем работу по перемещению тележки А2.
Затем, рассмотрим случай, когда пластина на тележке может совершать возвратно-поступательные движения вертикально (силой тяжести пренебрегаем). Допустим, тележка стоит прямо под неподвижной пластиной и подвижная пластина притягивается к неподвижной с расстояния 6 мм до расстояния 1 мм строго вертикально (по нормали). При этой силы Кулона совершают работу А3.
ВОПРОС: Как соотносятся друг с другом работы A1, A2, A3 по величине?
А1 Размер: 31.14 KB
А2 Размер: 30.91 KB
А3 Размер: 36.91 KB
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Опыт 2. Рассмотрим вариант, когда имеется конденсатор, состоящий из двух плоских параллельных пластин. Пусть одна из них закреплена подвижно и может приближаться и отдаляться от другой на некоторое расстояние. Во время заряда пластины притягиваются. Сила Кулона выполняет работу по растяжению пружины. После сближения разряжаем конденсатор на полезную нагрузку, например, лампочку (пусть питание лампочки - наша изначальная задача). По мере разряда пластины раздвигаются за счёт силы упругости пружины.
ВОПРОС: В каком месте мы имеем потерю энергии (потерями в проводах и КПД лампочки пренебрегаем, трение тоже не учитываем. Не учитываем и механическую работу)? Будет ли в нагрузке выделяться энергия, равная затраченной на заряд конденсатора от источника?
Притяжение пластин Размер: 79.33 KB
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Рассмотрим блок-схему (условную) такого устройства:
Имеем конденсатор, одна из пластин которого закреплена на пружине и может совершать поступательно-возвратные движения. К этой пластине прикреплён магнит, который совершает колебания вместе с ней, наводя ЭДС в генераторном блоке, преобразуя поступательно-возвратные колебания пластины в ток. Эта ЭДС подаётся на блок Б1, где она выпрямляется и сглаживается (стабилизируется) конденсатором большой ёмкости. Для запуска схемы можно использовать аккумулятор. Это низковольтный блок.
Блок Б2 - это источник высокого напряжения, питаемый от блока Б1, с обратной связью по напряжению с блоком Б1. Когда напряжение в блоке Б1 превышает некий порог, высоковольтный блок Б2 понижает вырабатываемое напряжение, и наоборот.
Блок Б3 коммутирует пластины конденсатора то на источник высокого напряжения, заряжая их высоким потенциалом, то на блок Б1, в который конденсатор возвращает накопленную энергию.
Во время зарядки от Б2 пластины за счёт сил Кулона притягиваются друг к другу. При этом силы Кулона растягивают пружину и перемещают магнит, наводя ЭДС в генераторном блоке. Когда пластины достаточно сблизились, мы перекоммутируем пластины на блок Б1, куда возвращается накопленная энергия. Пластины раздвигаются в начальное положение за счёт пружины, снова передвигая и магнит в генераторном блоке и наводя ЭДС.
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
bobik Пост: 373257 От 29.May.2012 (08:30)
ЗСЭ рулит, а СЕ нет.
Это как это?
Если брать электрическую часть- все по ЗСЭ,
причем независимо выполняется при движении механическая работа или нет.
Или будешь спорить что заряд пластин изменится, если они будут по пути выполнять механическую работу?
dedivan Пост: 373262 От 29.May.2012 (10:04)
Если брать электрическую часть- все по ЗСЭ,
причем независимо выполняется при движении механическая работа или нет.
Или будешь спорить что заряд пластин изменится, если они будут по пути выполнять механическую работу?
Заряд не изменится, да он и не волнует, а вот время заряда при большей мех. нагрузки увеличится и соответственно увеличится потребление энергии из источника питания😕
ПС кроме заряда ещё изменяются ёмкость и напряжение, интересует энергия, а не заряд.
Размер: 74.65 KB
_________________ Нильс Бор: "Ваша идея безумна. Вопрос лишь в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной!"
dedivan Пост: 373281 От 29.May.2012 (11:33)
Как раз энергия конденсатора здесь не интересует.
Она ПОСТОЯННА, пока он заряжен.
И также постоянна пока он разряжен.
С чего энергия кондёра постоняна, если одна из обкладок двигается? - значит изменяется ёмкость или напряжение!😊
Картинку из школьного учебника в посте выше см.
_________________ Нильс Бор: "Ваша идея безумна. Вопрос лишь в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной!"
Да шучу я, это для фазеуса- чтобы учебник посмотрел.
Я ж тебя спросил- заряд меняется? - нет. Именно он и постоянен.
А напряжение падает при сближении линейно. а энергия падает в квадрате.
Он уже по моему второй раз на этот счет заводит,
а в учебник никак не хочет глянуть.
Дед, теперь продолжи свои заключения умозрительные. Пластины сблизились, так? Заряд постоянен (количество зарядов постоянно у нас). При сближении меняется ёмкость и, как следствие, напряжение. Оно становится меньше, ёмкость растёт. При этом работа выполнена механическая. Теперь замыкаем на нагрузку полезную конденсатор (рекуперируем этот заряд обратно в большой накопительный конденсатор, например). При этом по мере падения напряжения пружина будет отодвигать пластины, уменьшая ёмкость и увеличивая напряжение при текущей величине заряда, "выжимая" заряд конденсатора в источник.
Так что имеем?
Дальше было бы интересно загнать это в LC-контур с параметрической составляющей в виде такого конденсатора. Но это не принципиально.
Итак. Не надо мне гнать на учебники, я прекрасно это знаю. И про энергию. Поэтому у нас пластины могут не только сжиматься, но и РАЗЖИМАТЬСЯ под действием пружины. Поэтому и нужен обоснованный ответ, так как в этой системе заряд первичнее.
Давайте нормальные ответы 😀
Кстати, рассмотрите случай, когда заряд происходит всё время сближения пластин конденсатора, поддерживая напряжение и накапливая энергию.
Это аналог случая с соленоидом, в который во время накачки током магнитного поля влетает сердечник, увеличивая индуктивность и, попутно, намагничиваясь. Только в случае с соленоидом имеем генераторную ЭДС, которая и есть чистые потери в тепло в проводах. А в статике мы такого не наблюдаем.
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Далее. Рассмотрите случай с тележками. Практические опыты показывают, что надо преодолеть при отталкивании тележки (прокрутки ротора) лишь тангенциальную составляющую, выполнить работу относительно небольшую, по сравнению с той, какую выполнят пластины при сближении (вектор приложения сил в этом случае у нас направлен под углами в 90 градусов, в случае со сближением пластин он сонаправлен нормали и силе Кулона, в случае с прокруткой ротора, отталкиванием тележки, он под углом 90 градусов с силе Кулона). Но это уже другой макет устройства... Пока интересует возвратно-поступательный.
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Phazeus Пост: 373301 От 29.May.2012 (16:49)
А в статике мы такого не наблюдаем.
Да без разницы.
Заряд ты будешь закатывать при бОльшем напряжении,
а снимать обязательно при меньшем, иначе потом нечего заряжать будет.
Тебе же в итоге надо получить напряжение МЕНЬШЕ чем твой источник питания. Иначе он уже не будет заряжать.
Зачем обманывать себя?
Нет в природе таких вечняков.
Есть только на фазовых переходах.
В принципе то же самое- все электрическое, но поле халявное.
Это поле между молекулами. Его не надо заряжать.
Оно само заряжается от энергии эфира.
Фазовых переходов- море, выбирай любой и смотри- обязательно в природе
найдешь вечняк на этом принципе.
Хоть испарение воды, хоть ионизация водорода.
Разные уровни энергии, разные объекты- испарение на планетах, неважно
вода или аммиак или жидкий азот, а ионизация плазмы это уже звезды.
dedivan Пост: 373306 От 29.May.2012 (17:21)
Тебе же в итоге надо получить напряжение МЕНЬШЕ чем твой источник питания
Ну да, сливаем энергию на низковольтный накопитель Б1
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
БЮВ, я пока о прикладном конструктиве не говорю 😀 Вариантов много, это мы обсудим потом. Сначала я хочу, чтобы мне дали ответ, тут же есть люди грамотные.
Вот имеем источник питания высоковольтный. От него заряжается конденсатор. В начальный момент он имеет малую ёмкость и быстро заряжается. По мере роста потенциала пластин, они начинают притягиваться и меняют ёмкость, увеличивает её. При этом от источника снова подсасывается заряд, так как ёмкость увеличилась. И так, пока не сблизятся пластины. Это можно рассмотреть на "ступенчатом" примере. Пусть заряжается конденсатор, который, скажем, 3 раза меняет ёмкость ступенчато: C1<C2<C3. Энергия то не пропадает даром, она накапливается. Потерь то нет безвозвратных. Далее этот же конденсатор начинаем разряжать на нагрузку, например. Также ступенчато 3 раза конденсатор уменьшает ёмкость (раздвигает пластины). В полном соответствии с процессом зарядки, только наоборот. По мере разряда ёмкость уменьшается и энергия оставшегося заряда увеличивается. Зеркальное отображение проце5сса разрядки.
Скажите, где тут потери невосполнимые?
И ещё, посоветуйте способ трансформации возвратно-поступательных колебаний во вращательное, чтобы попроще, или "махательных" во вращательное 😀
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Опыт 2, с точки зрения классики, ничего любопытного.
При заряде - пофиг, каким образом кондёр будет заряжаться - его ЗАПАСЁННАЯ енергия будет равна энергии на момент отключения - половине квадрата U батарейки на ёмкость (максимальную, при сближенных пластинах).
При разряде - всё немножко сложней - интеграл от экспоненты с меняющейся постоянной времени RC. Пожалуй можно будет заменить меняющуюся С на некоторую среднюю за период разряда, где-то между Смакс и Смин (обкладки разведены). Эта разность энергий, "недополученной" сопротивлением от запасённой в кондёре, по классике, останется в виде механической энергии болтающейся на пружинке обкладки.
Ради прикола, в MathCAD'е посчитал интеграл от экспоненты разряда С на R. Всё как в аптеке, = C*U^2/2. Математика - это наука о тождествах 😊 , что в формулы вколотили, то и получишь. А что вколотили? Взяли кондёр, зарядили, посчитали запасённую энергию. Потом засунули резистор в калориметр и разрядили на него кондёр. Посчитали выделившуюся тепловую энергию, получилось чуть-чуть меньше, чем запасённая, но хорошо не больше. Списали это "чуть-чуть" на неучтённые потери и пошли писать учебники...
Phazeus, я твою "идею" понял так: а не "улетает" ли вместе с "неучтёнными потерями" гораздо больше, чем принято думать? ИТОГО конечно ЗСЭ будет, а что В ПРОЦЕССЕ? Кто-нибудь проводил ТОЧНЫЙ эксперимент по разряду конденсатора на сопротивлении, с учётом расползающихся электромагнитных полей и механических деформаций?
_________________ Человек отличается от обезьяны умением не замечать очевидных вещей.
Нет, мне банально нужно понять, если имеем потери... Кстати, почему потери? Если конденсатор разряжается, то сколько залили туда, столько и получим, потери в проводах и утечке заряда не рассматриваем. Если заряжали при изменяющейся ёмкости, то затратим больше, или нет? И разряд у нас тоже при изменяющейся (уже уменьшается и энергия конденсатора стремится возрасти). Мне просто важно понять, имеет ли тут место ЗСЭ, не улетает ли в трубу у нас энергия зазря. Нужно, чтобы потерь в этом процессе ТАКОГО заряда и разряда у нас не было, кроме банальных потерь в проводах и утечках. Если эта самая "недополученная" энергия...
Я для простоты привёл пример со ступенчатым изменением ёмкости. Можно вообще 2 ступени взять: C1<C2. На первом этапе начинается зарядка C1. При достижении некоего порога у нас конденсатор увеличивает ёмкость до C2. При этом уже запасённый заряд не пропадает, а остаётся, но напряжение падает и зарядка ёмкости продолжается снова до полного заряда. На этом этапе мы не имеем потерь?
Чем процесс заряда такого "ступенчатого" конденсатора отличается от процесса заряда обычного, с ёмкостью равной максимальной C2. Мы на заряд постоянного конденсатора тратим меньше энергии?
Потом процесс разряда в нагрузку. Процесс то у нас с увеличивающейся ёмкостью, а это значит, что напряжение на конденсаторе в момент уменьшения ёмкости возрастает, энергия увеличивается при оставшемся количестве заряда. Если соотнести процесс зарядки и разрядки такого конденсатора, то я физически не вижу, где мы теряем энергию "впустую", вроде как энергия сохраняется и возвращается в нагрузку (за вычетом банальных потерь). Если это так, то всё более чем оптимистично.
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Greyver Пост: 373418 От 30.May.2012 (19:55)
а я думал, что в Опыте 1 ты Те(о)Статику имеешь ввиду 😊
Имеется 2 варианта, как использовать силу притяжения пластин. Один - это возвратно-поступательные (махательные) колебания использовать вот так, напрямую преобразуя в ток. А можно их использовать для преобразование во вращательное движение. Ведь силы притяжения пластин на порядки больше, чем тангенциальные силы перпендикулярно нормали к поверхности пластин... Грубо говоря, тележка, используя энергию притяжения пластин по нормали к ним, сможет сама себя "откатить", приложив силу перпендикулярно нормали (провернуть ротор)...
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Phazeus Пост: 373439 От 30.May.2012 (21:33)
Если соотнести процесс зарядки и разрядки такого конденсатора, то я физически не вижу, где мы теряем энергию "впустую", вроде как энергия сохраняется и возвращается в нагрузку (за вычетом банальных потерь).
Не где, не теряем энергию "впустую" - тратим на мех. работу - чем больше нагрузка или мех. работа тем дольше процесс зарядки, т.к. тратим энергию источника кроме самой зарядки ещё и на мех. работу, нарисуй график тока зарядки кондёра, а потом расстяни его по времени в 10 раз и сравни площади под графиками - это и есть энергия затраченная источником на заряд кондёра+мех.работа
_________________ Нильс Бор: "Ваша идея безумна. Вопрос лишь в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной!"
bobik Пост: 373461 От 31.May.2012 (04:02)
а потом расстяни его по времени в 10 раз и сравни площади под графиками - это и есть энергия затраченная источником на заряд кондёра+мех.работа
Так это не из-за работы, это из-за увеличения ёмкости. Работу мы тут вообще не рассматриваем. Причина "растягивания" - это именно увеличение ёмкости. Не вижу тут никаких потерь в электрической части. Увеличение ёмкости приводить к уменьшению напряжения, что заставляет источник подзаряжать конденсатор. Только где потери то? Потом эту же накопленную энергию снимем, причём в процессе с уменьшающейся ёмкостью (и нарастанием энергии заряда). Не вижу причин для потерь чего-либо здесь. Если они всё-таки есть, прошу очень показать где именно и куда девается.
Вариант с простым "растягиванием тока зарядки" тут явно не канает. Это не безвозвратные потери, это именно увеличивающаяся ёмкость. Если бы такой график мы имели на неизменной ёмкости, тогда да, тут можно было бы говорить о потерях...
_________________ Иные боятся убийц, кары неотвратимой, Кризисов и организованную преступность. А я нахожу на Свете самой невыносимой Обычную такую человеческую глупость...
Phazeus |
Post:373249 - Date: 29.05.12(05:41)
