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关于电容器能量问题
[楼主] 作者:王普霖  发表时间:2017/09/22 10:50
点击:0次

liuliuliu123先生发了一个主题贴《臆想的结论可以从错误假设的基础上用数学推导出来一例》述说了两个相同容量电容器通过开关并联的事例。我在这里不使用代数式,直接使用数字对这个问题给予解答:

两个电容器A、B的容量都是1法拉。充电电压为1伏特,先给A充电到1伏特,电容上总电荷数是1库仑,电容器上的电能是0.5焦耳。把开关合上以后,电容器A放电,电容器B充电,稳定后,两电容器上电荷为1库仑不变,但是电容量变成了2法拉,电容器电压变成0.5伏特,因此总能量变成了0.25焦耳了。

liuliuliu123先生认为:“4.合上开关前后电容所储电能不等(QU/2和QU/4),即能量不守恒。这里完全是数学推导,没有半点逻辑毛病。但物理结论肯定是不对的。”

对于这个问题,我给出正确答案:数学计算正确无误,电能不守恒了也无误。

我可以给出另一个实验:两个相同的电容器,分别给每只充0.5伏特电压,则每个电容器上得到0.125焦耳的能量。两个电容器都充满后,我把开关合上,并无充放电电流,而电容量是2法拉。总电能还是0.25焦耳。

那么奇怪吗?不奇怪。我们还回到原始的实验上去,把A充满电到1伏特。我们在开关上串联一只电阻器,然后再合上开关。电容器A通过电阻给电容器B充电,同时A自己放电。经过许久,电压达到平衡时,两电容器上的电压还是0.5伏特,总能量还是0.25焦耳。

那么原来多余的0.25焦耳到底哪里去了呢?电阻发热了。我们知道,电流通过电阻必发热,这发热能量哪里来的呢,就是那多出的0.25焦耳。

比如你说,我没有用电阻,不应该有损耗。事实上,从一个充满电的大电容向另一个没有充电的大电容直接短路充电是不允许的。这种不允许是出于安全。这样的充电电流十分大,如果是理想开关和理想电容,再忽略导线电阻,瞬间电流是无穷大的。真实情况下,导线总有电阻,哪怕十分微小。电阻虽然小,但电流大,电阻可在一瞬间消耗掉这0.25焦耳。电阻大,时间长,还是要消耗掉这0.25焦耳。

正确答案是,数学计算没错。电容器实际能量不守恒了也没错。  

 

 

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[楼主]  [2楼]  作者:王普霖  发表时间: 2017/09/22 15:13 

liuliuliu123先生,为什么我发此贴在这里?是因为你那个帖子处于锁定状态,不能跟帖。
 [3楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 16:32 

老王看看怎么说的。
 [4楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 16:33 

老王看你最后说的啥。
 [5楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 16:34 

(QU/2和QU/4),是不相等。
[楼主]  [6楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 16:43 

对[5楼]说:
你再看看你的后半句“这里完全是数学推导,没有半点逻辑毛病。但物理结论肯定是不对的。”?
 [7楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 16:45 

对【6楼】说:
对的。其实是你忽略了一些内容。
 [8楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 16:49 

我的意思是在说:按计算确实就是0.25,没有毛病。但(按物理能量守恒定律)这样的物理结论就不对了。
[楼主]  [9楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 21:10 

那你把后半句“但物理结论肯定是不对的”说出来,你是说电容器还储存有0.5焦耳的能量吗?
[楼主]  [10楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 21:22 

电容器的充电电量不变,增大电容器的容量,本身就是电势能降低的过程。这个能量无论以什么形式发散出去,它的能量都要降低。它本身就不是一个能量守恒系统。
[楼主]  [11楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 21:26 

如果我们用机械力对其做功,还可以把能量充进电容器。
[楼主]  [12楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 21:32 

即,我用机械力把两极板拉开一个距离,我要耗费0.25焦耳的机械能才能把它拉成1法拉的电容器,这时电容器上的电势能又变成了0.5焦耳。
 [13楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 21:37 

你怎么看不出?从0.5变成0.25了,前后不守恒了。
……这样就得到一个不正确的物理结论(如果我们认为能量守恒的话)。
 [14楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 21:41 

对【10楼】说:
哦,你这就认为是不守恒的?我一直就是说这件事,你前面就要拿全宇宙守恒来反驳。
[楼主]  [15楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 21:47 

你看完[12楼]再回答。它本身就不是一个能量封闭系统,谈什么守恒?
[楼主]  [16楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 21:50 

它能对外散发热能(含电磁能),它就不是能量封闭系统。
[楼主]  [17楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 21:54 

我拉它的极板,改变它的容量,我需要对它做功。我把机械能变成它的电势能,也说明它不是能量封闭系统。
 [18楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 21:55 

对【15楼】说:
看什么,我说的就是不守恒,你再怎么扩大系统也不守恒。
 [19楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 21:56 

再大也不是封闭的。
 [20楼]  作者:liuliuliu123  发表时间: 2021/05/11 21:57 

不在于这个,在于能量定义局限性和没法证明守恒。
[楼主]  [21楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 22:03 

对[19楼]说:
“再大也不是封闭的”

全宇宙是封闭的。
[楼主]  [22楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 22:04 
[楼主]  [23楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 22:11 

你能找到不属于全宇宙,它之外的东西吗?我包着你哪!
[楼主]  [24楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/11 22:28 

我消耗身体上的食物,把化学能变成机械能,再作用到极板上,变成电势能,都是能量的转移,而不是创生。
[楼主]  [25楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/12 01:30 

能量不能创生,能量也不能消亡。
[楼主]  [26楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/12 01:45 

对[8楼]说:
无论你怎么解释,你的解释都和主题贴的题目对不上。
[楼主]  [27楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/12 01:48 

你的题目是:臆想的结论可以从错误假设的基础上用数学推导出来一例。
[楼主]  [28楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/12 01:52 

在你的一例中,“合上开关前后电容所储电能不等(QU/2和QU/4),即能量不守恒。”是从错误假设的基础上用数学推导出来的?
[楼主]  [29楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/12 02:14 

你最初认为的是:电容器放电后,两个电容器所带电能量还是0.5焦耳。
[楼主]  [30楼]  作者:王普霖  发表时间: 2021/05/12 03:14 

你的初衷是:
“能量不守恒”是“臆想的结论”,这个结论可由数学(物理)式子QU/2和QU/4推导出来。

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