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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