Святые микросхем!!! Всегда был гуманитарием, а здесь заинтересовался практической физикой. Подписался на канал и стал ревностным любителем физики) Спасибо, всё очень интересно!
Внесу свои две копейки в рассуждения про два конденсатора. Согласен с теми, кто рассматривает систему, как идеальную: нет ни сопротивления, ни индуктивности, и ключа тоже нет. Я строю такую модель: изначально заряд сидит на обкладках одного плоского конденсатора. Затем эти обкладки увеличивается по площади в 2 раза. Получаем конденсатор с двойной емкостью - модель из двух конденсаторов, соединенных параллельно, но нет ни проводов, ни выключателей, ни сопротивлений. Все идеально. Так вот, электроны изначально сидят на одной обкладке, а как только обкладка увеличилась, начинают ускоряться и двигаться в направлении нового вакантного места. Для ускорения электронов требуется затратить работу. По мере заполнения новой площади электроны будут тормозиться и в конце-концов остановятся. Здесь электронам придется выделить энергию. Модель напоминает движение заряженной частицы в электрическом поле, когда на ее пути есть мишень. Она ускоряется в начале, и получает энергию, а потом тратит ее всю при попадании на мишень. Также думал, как объяснить, куда девается энергия заряженного конденсатора, если нет сопротивления, а конденсатор разряжаем. Получается, что теряется она туда же: в момент торможения электонов, когда они занимают новые вакантные места на противоположной обкладке. Спасибо, что дочитали
Но всё же интересно по поводу двух конденсаторов и выключателя. Схема идеализирована, там не учитывается емкость и индуктивность между проводами, их сопротивление и его изменение от нагрева и т.д. И формулы как будто использованы тоже идеализированные (не учитывающие сопротивление и т.д.). Но ответ при этом содержит ссылку на некие физические явления из-за которых формулы не сошлись. Ну это странно -- тут либо формулы выбраны неправильные (работающие только на физических схемах, но не на идеализированных), либо процессы (физическая модель) описана неправильно (ошибочно) и хорошо бы эту ошибку тогда показать (сказать о ней явно и исправить) 🙂СПАСИБО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 🙂
Здесь проблема не в законах. Как сформулирована задача с двумя конденсаторами - дано начальное состояние системы (в котором заряжен один конденсатор), потом замыкается ключ и подключается второй конденсатор. Вопрос - каково будет конечное состояние системы? Ответ, кажущийся очевидным, что в конечном положении токов не будет, а заряды распределятся поровну между конденсаторами - не такой уж и очевидный! Можно вообразить и еще какие-то конечные положения системы (например, постоянные колебания - периодическое перетекания заряда с одного конденсатора на другой), и в зависимости от того, какое состояние системы мы посчитаем конечным, будут зависеть и наши рассуждения о том, как система к такому состоянию пришла. - Если конечное состояние это - два конденсатора, заряженные половинным зарядом, то очевидно энергия системы изменилась. И нам приходится придумывать, по какому пути шла система, что бы растерять энергию. Но ведь в постановке уже был подвох. Аналогично можно такую задачу рассмотреть - роняем мяч с высоты H, конечное положение (что очевидно любому, кто кидал мяч) - через некоторое время мяч перестал прыгать и лежит на земле. Законы идеальные, система идеализирована, нигде речи не шло про какие-то диссипативные силы, но мяч то энергию потерял! И единственный способ объяснить куда энергия делась - ввести диссипативные силы. А подвох был в том, какое состояние системы по посчитали конечным. Если б сказали, что мяч будет бесконечно долго прыгать с амплитудой Н, то и энергия просто перетекала бы из потенциальной в кинетическую и обратно...
Я, признаться, ответа не знаю (пока). Но нутром чую, что тут не корректно поставлена задача. Ведь при замыкании выключателя, во первых, перезаряд произошёл бы МГНОВЕННО, то есть, за время t=0. А во вторых, ток перезаряда был бы БЕСКОНЕЧНО ВЕЛИК I=∞. И то, и другое вызывает сомнения в корректности задачи. Ссылка автора на физическую реальность правильна, но "парадокс" не объясняет. Парадоксы часто возникают именно из за некорректно сформулированного вопроса. Например, если Бог всемогущ, то смог бы он создать камень, который сам бы не мог поднять? Так что було бы интересно, если автор нашёл бы более убедительное объяснение. Или кто то другой. Не думаю, что этот парадокс обнаружился только сейчас.
Приведённая электросхема предсказывает бесконечные токи в момент замыкания выключателя, а значит, становится неадекватной реальности. То есть, данная схема адекватно описывает начальное и конечное состояния, но неполна для описания момента включения. Поэтому, для восстановления адекватности модели в промежуточных состояниях, её _необходимо_ заменять на усложнённую модель с диссипацией. И тогда становится неудивительным, что энергия в конечном состоянии не равна энергии в начальном состоянии. Подвох "парадокса" заключается в том, что используется модель, адекватная не в каждый момент времени процесса.
Система с двумя конденсаторами будет представлять собой идеальный колебательный контур, только нужно еще катушку добавить. Без катушки же, если предположить, что имеем два конденсатора, соединенных сверхпроводником, модель действительно не подчиняется ЗСЭ, без учета магнитных полей никак. И нет никакого парадокса: в такой математической модели, не учитывающей магнитное поле и индуктивность энергия не сохраняется. Интуитивно можно считать энергию в конденсаторах - потенциальной, а энергию магнитного поля в катушке - кинетической. Если же в рамках модели с учетом магнитного поля рассмотреть ту же самую схему, то получится колебательный контур на сверхпроводниках, который, скорее всего, за доли секунды растеряет энергию в виде излучения из-за огромной частоты колебаний. И при учете нулевого сопротивления сверхпроводника нужно будет рассматривать движение зарядов в рамках сугубо квантовой электродинамики уже.
@@noavailablenamesatall э.. скажи вот просто -- используемые формулы, они правдивы для реальной схемы или для идеальной, которая рассматривается в парадоксе?
В опыте с двумя конденсаторами не больше противоречий чем в классической механике при сцеплении двух тележек одинаковой массы, одна из которых покоится. Импульс до столкновения-сцепления: P1=mv Энергия до столкновения E1=mv^2/2 Импульс после столкновения не изменился: P2=(2*m)*(v/2) (масса удвоилась, скорость уполовинилась). P1=P2 Энергия после столкновения стала меньше в два раза. E2 = (2*m)*(v/2)^2/2=mv^2/4==E1/2 Почему вас в классической механике этот парадокс не смущает, а в электротехнике начинает смущать? Вы ведь правильно описали, что работа на зарядку конденсатора (перемещение заряда) тем больше, чем сильнее заряжен конденсатор. Соответсвенно, потери начинаются из-за того, что когда из первого конденсатора забирается первый электрон, работа совершенная им будет несоизмерима работе, необходимой для перемещения этого же электрона между обкладками второго конденсатора дле его зарядки.
Потому что при сцеплении двух тележек удар неупругий, половина кинетической энергии первой тележки диссипировалась в тепло. Если бы не было диссипации, то первая тележка остановилась бы, а вторая начала бы двигаться с той же скоростью. С конденсаторами тоже самое - сопротивление проводников забирает половину энергии первоначально заряженного конденсатора.
Когда пластины ещё не полностью перекрыты, на краях их имеется составляющая поля, неперпендикулярная пластинам, потому как заряды распределены по пластине как по проводнику, так что имеются силы, вдвигающие одни пластины в другие, эти силы и работают на изменение энергии конденсатора. "Я так дууумаю!" (Рубик-джян, "Мимино")
Энергия заряженного конденсатора содержится в поле между обкладками. Рассмотрим сначала случай плоского конденсатора ёмкостью C=εS/d. При постоянном заряде q=CU=CEd=const напряжённость электрического поля не зависит от расстояния между обкладками E=q/(Cd)=q/(εS). Однако при раздвигании обкладок мы увеличиваем объём в котором существует поле V=Sd, в тоже время энергия поля W=εVE^2/2. Следовательно энергия конденсатора запасённая в поле растёт поскольку при раздвигании обкладок мы увеличивам объём в котором существует поле при неизменной напряжённости, а это требует совершения работы. Ну ещё объём несколько подростает за счёт усиления краевых эффектов при раздвигании пластин. Теперь займёмся конденсатором переменной ёмкости, где вдвигаются и выдвигаются пластины. В этом случае у нас расстояние d=const, однако теперь уже меняется площадь S. Здесь уже нельзя напрямую количественно пользоваться формулой плоского конденсатора, а только качественно. При выдвигании пластин эффективная площадь обкладок уменьшается, а значит и ёмкость уменьшается. Однако заряд на пластинах остаётся таким же с некоторым изменением поверхностной плотности, так что бы поверхности пластин были эквипотенциальными. Тогда, в отличие от плоского конденсатора, линии напряжённости будут заметно выходить за края пластин (существенные краевые эффекты), что существенно увеличит тот объём V, в котором это поле существует (при почти постоянной напряжённости) , что снова по формуле W=εVE^2/2 увеличит энергию конденсатора. Это в свою очередь потребует совершения работы внешней неэлектрической силы.
Рассмотрим для простоты квадратные обкладки. Выделим на одной из обкладок точку, не находящуюся в центре квадрата. Эта точка содержит бесконечно малый заряд dq, который взаимодействует с противоположной обкладкой. Последнюю можно мысленно разбить на множество бесконечно малых зарядов и затем просуммировать силы их взаимодействия с зарядом dq. Очевидно, эта сила имеет компоненту, направленную вдоль обкладки. Однако симметрично (относительно центра квадрата) можно выделить бесконечно малый заряд dq', для которого аналогичная компонента имеет ту же величину и противоположна по направлению. В итоге суммарная сила между двумя обкладками, являющимися гранями воображаемого прямоугольного параллелепипеда, направлена перпендикулярно обкладкам и не имеет компоненты вдоль обкладок. Ситуация изменится, если одну обкладку сдвинуть (параллелепипед уже не прямоугольный). Появится нескомпенсированная сила, направленная вдоль обкладок, она стремится вернуть обкладки в исходное положение и именно против неё мы и совершаем работу, выдвигая обкладку.
Совершение работы в конденсаторе переменной емкости происходит потому, что при перемещении одной пластины относительно другой меняется площадь перекрытия друг другом. Дело в том, что с одной стороны, заряды на разных пластинах притягиваются друг к другу, соответственно при выдвижении пластины из конденсатора площадь распределения заряда уменьшается. С другой стороны, заряды на одной пластине отталкиваются и стремятся максимально друг от друга удалиться, распределившись по всей площади. При попытке уменьшить площадь (выдвинуть пластину) возникает сила сопротивления, и совершается работа. И наоборот, сила, расталкивающая заряды на пластине и одновременно тянущая заряды к другой пластине стремится втянуть пластину в конденсатор и совершает работу.
По поводу потери половины энергии при замыкании цепи из заряженного и разряженного конденсаторов - тут все логично, мы же сами принимаем формулу энергии как заряд распределенный по емкости (W=Q²/2C) и соответственно заряд делится пополам между двумя конденсаторами, но емкость становится в 2 раза больше, а так как она в знаменателе - то и энергия соответственно становится в 2 раза меньше.
Мне кажется, что стоило бы в разрешении "парадокса" сказать, что в идеальной ситуации, при отсутствии электрического сопротивления и мгновенном замыкании контакта, в системе начались бы электрические колебания: сам контур - это один виток катушки индуктивности, два конденсатора - соответственно ёмкости, получаем колебательный контур. В те моменты, когда заряд распределялся бы строго поровну между двумя конденсаторами, вторая половина энергии была бы в магнитном поле, порождённом протекающим током (это - моменты максимума тока). Т.к. переменный ток генерирует радиоволны, то колебания в системе постепенно затухали бы, и половина изначальной энергии в итоге ушла бы именно в радиоволны. P.S. 9:49 - W = W/Sd - это хорошо написали :-) Понятно что вы имели ввиду под первой W плотность, а под второй - полную энергию. Но как-то стоило бы проработать обозначения лучше, чтобы не могло возникать путаницы. P.P.S. при равномерном распределении заряда по поверхности сдвинутых друг относительно друга пластин поле будет далеко не перпендикулярно поверхностям этих пластин. Разумеется, в случае проводящих пластин не будет никакого равномерного распределения, заряды будут сосредоточены преимущественно в области перекрытия пластин, но поле всё равно получается под углом, а потому смещение пластин требует совершения работы в поле параллельной плоскости пластин компоненты.
На обкладках заряды, на прилегающих сторонах диэлектрика наведены заряды противоположных знаков. Диэлектрик втягивается внутрь конденсатора кулоновскими силами направленными параллельно обкладкам.
Потенциальная энергия тела поднятого на определённую высоту, относительно земли , будет меньше если мы уменьшим силу притяжения земли. Вопрос, а куда делась запасённая изначально энергия? Да никуда она не делась. Запас энергии уменьшился из-за того , что земля стала слабее притягивать поднятое тело. Вот тоже самое и происходит с параллельным подключением конденсаторов. Когда мы предоставляем для зарядов больше пространства они начинают слабее взаимодействовать друг с другом вот это и есть причина уменьшения энергии конденсатора. А игра с изолятором конденсатора возможна только из-за малых размеров и ёмкости конденсатора. При значительном заряде боюсь придётся применять домкрат. Вот при таком примере не будет ни у кого вопросов откуда берётся энергия. Надо провести показательный опыт. Изолятор конденсатора подвесить на весах и уравновесить так, чтобы при вытянутом изоляторе и Отсутствии заряда на обкладках изолятор не опускался. При появлении заряда изолятор притянется к обкладкам весы это продемонстрируют. А потом методом добавления гирек попытаться вытащить Изолятор из обкладок будет убедительно и наглядно.
Когда мы раздвигаем пластины плоского конденсатора, то перемещение заряженных обкладок l паралельно электрисческому полю E, работа внешней силы против электрических сил есть qEl. В конденсаторе с выдвигающимися пластинами пластины движутся всегда перпендекулярно полю то есть скалярное произведение El=0, поскольку поле всегда перпендекулярно поверхности проводника. Однако надо учесть, что заряд на пластинах остаётся таким же, но его поверхностная плотность в процессе выдвигания пластин меняется так, что бы поверхности пластин были эквипотенциальными при новом положении пластин относительно друг друга. Процесс перерасспределения заряда на пластинах неравновесный, то есть в течение времени перераспределения электрическое поле может быть не перпендикулярно к пластинам, тое перемещение заряда такое что уже El≠0. Это значит, что для выдвигание пластин (которое вызывает пераспределение заряда на пластинах) надо совершить работу внешней силой против электрических сил.
На обкладках заряды, на прилегающих сторонах диэлектрика наведены заряды противоположных знаков. Диэлектрик втягивается внутрь конденсатора кулоновскими силами направленными параллельно обкладкам.
Если у конденсаторов происходит парадокс с перезарядкой (как я понял он может вместить в себя 150% энергии) то нужно увеличивать этот парадркс, чтобы он вмещал уже 1000% энергии! Затем масштабировать, тем самым можно впихнуть на космокорабль энергию равносильную массе луны! А когда во время полёта останется 1% энергии, то специально обученый человек будет вынимать пластинки, тем самым увеличив энергию! Грубо говоря зарядит их без источника питания! Тоесть можно сказать что эти конденсаторы были заряжены на 100% но парадоксально в них находится 1000%, а вытащить из них можно 3000%! Это я ещё приуменьшил цифры. Если развиваться в этом направлении, то можно выкачивать из них мульоны-мульарды процентов!!!
Вижу, люди пишут про краевые эффекты, объяснения даже понятные. Сам не проходил такую физику. Интересно, можно ответить на вопрос о совершаемой работе в переменном конденсаторе, рассматривая изменение величины электрической постоянной (e_0 в вакууме и уменьшается в других средах)? Формулы должны сойтись)
Получится ли КПД>100%, если начать заряжать нелинейный конденсатор, емкость которого падает с ростом напряжения? Ну, вроде как эквивалент беззатратного разведения в стороны обкладок, сопровождаемый ростом энергии?
Если зарядить электролитический конденсатор источником постоянного тока "плюсом" и "минусом" соответственно, то на его полюсах будет "+" и "- ". А если зарядить металлобумажный конденсатор источником переменного тока, и после отсоединения источника, где на его полюсах "+" и "-" ?
Помнится, в Вашем же опыте доказано, что заряд конденсатора хранится в барьерном слое между обкладками. Но тогда рассматривали твердое вещество. Интересно, как быть , когда диэлектрик - воздух?
Спасибо за интересный видео урок 🙏 Очень интересно и познавательно 🤔 Было бы интересно посмотреть не просто на формулы и их производные, а реальный (практический) расчёт запасённой энергии с измерением каждой величины формулы... Но тут наверное нужен похожий прибор для измерение напряжения th-cam.com/video/bq9Gs5bMeWw/w-d-xo.htmlsi=ZH1Hn-NsM-wL0Dy1 А также измерить ёмкость конденсатора
5:21 А можно вопрос? Как так может быть, что на одном конденсаторе заряд q, а на другом, соединенном с ним пусть даже одним проводом, заряда нет? И вообще, два ли тут изображено конденсатора, или три?🤔
А вы думаете, что если два конденсатора спаять последовательно, и зарядить только один из них, прикоснувшись выводами источника к его выводам, то второй тоже зарядится? Иначе, но то же самое: на столе лежит конденсатор, вы прикасаться к одному из его выводов одним выводом источника, зарядить ли конденсатор?
@@schetnikov ну, насколько я понял из предыдущих роликов: ┤├──────────(прикасаемся тут)───────────┤├ ┤├──(заряд расползается по всему проводнику)──┤├ или всё будет как-то по-другому? Хотя... Может, заряды не расползаются за пределы конденсатора, потому что на обкладках они разные по знаку и удерживают друг друга? Тогда непонятно, как на эту ситуацию влияет замыкание ключа где-то вдали.
@@Murlakatam42 про обкладки вы всё верно пишете. Заряду на противоположной обкладке неоткуда появиться. Значит и на ближней обкладке он не появится тоже. Конденсатор - жто такая штука, где заряды противоположного знака на двух обкладках удерживают друг друга.
@@schetnikov тогда, признаться, я не понимаю, как конденсатор вообще может разряжаться при замыкании ключа. По какой причине удерживающие друг друга заряды вдруг ринутся обходным путём?
@@Murlakatam42 потому что на конденсаторе есть разность потенциалов. Если обкладки соединить проводником, эта разность по проводнику заряды погонит от одной обклвдк к другой. пока мы не замкнули провод вдали, потенциал такой - ----||---- + --------- + ------||------ + когда левый минус соединяется с правым плюсом, то с одной стороны в этом месте ток потечёт, но и параллельно по среднему куску потечёт ток тоже, такой что каждый конденсатор в сумме по обкладкам имеет примерно нулевой заряд.
Берем 2 электрона и удерживаем на расстоянии 1 м. Отпускаем - они отлетают на 2 м. Энергия упала вдвое. Парадокс! В задаче с 2 конденсаторами чтобы заряды куда-то двигались, должно быть поле (в т.ч. параллельно поверхности). Если есть поле - есть работа.
В замкнутом контуре потечет ток - значит возникнет импульс магнитного поля. Энергия излучится в виде эл маг волн. Фотончики унесут энергию. Даже при идеальных проводниках.
я про параллельные конденсаторы не понял. Когда цепь разомкнута то эти два конденсатора по С эквивалентны одному по С/2. Энергия Q^2/C. Когда замнули, то ескость стала 2С а заряд сохранился...энергия Q^2/4С...и тогда теряю даже не половину, а все 3/4....
Между прочим, чтобы возник парадокс, вовсе не нужны 2 конденсатора. Представьте себе, что у вас ОДИН конденсатор, обкладки которого можно замкнуть идеальным переключателем. Зарядили вы его зарядом Q. Накопил он энергию Q²/2C. А потом разрядили, замкнув обкладки через идеальный переключатель. И вся энергия исчезла. ВСЯ, а не половина даже! И куда она улетучилась по вашему?
Проводник (замкнутый контур точнее) по-любому имеет индуктивность L, хоть и малую. Тогда если накоротко замкнуть пластины, то мы получим колебательный контур. Там будут иметь место колебания с периодом T=2π√LC. Если проводник идеальный, то колебания будут гармоническими (бесконечная во времени синусоида). В реальности из-за сопротивления провода R эти колебания будут затухать со временем t как ~exp(-2Rt/L). То есть характерное время затухания τ=L/(2R). Тогда отношение τ/T=√L/(4πR√С). Индуктивность контура из одного провода достаточно мала, тогда τ/T
@@KonstantinGrigorishin-t4f То, что вы написали, представляет собой неявное (или явное?) апеллирование к физической реальности, предполагая, что провода обязательно должны иметь некоторое сопротивление или некоторую индуктивность. А почему? Это ведь мысленный эксперимент, и ничто не мешает предположить, что все паразитные сопротивления и индуктивности равны нулю.
@@МишкоБролис Любой замкнутый контур из проводника обязательно имеет индуктивность L, поскольку текущий по нему ток I создаёт поток магнитного поля Ф=LI пронизывающий контур -это следствие уравнений Максвелла, которые нельзя отменить. А вот положить сопротивление нулём R=0, в принципе, чисто теоретически мы можем (существуют сверхпроводники), что я и описал в своём ответе - будут незатухающие колебания заряда в конденсаторе и тока в контуре. Но в подавляющем большинстве случаев сопротивление есть. Тогда получается просто разрядка конденсатора с выделение всей его накопленной энергии в тепло.
@@KonstantinGrigorishin-t4f Уравнения Максвелла тут не при чём. Это попытка решить чисто математическую задачу методом теории электрических цепей. Там никакие уравнения Максвелла в расчёт не берутся. А также используются идеальные модели различных элементов цепей. При этом нет никакой необходимости ограничиваться фактами реальной физической действительности. Например, если вместо второго конденсатора поставить сопротивление СКОЛЬ УГОДНО большой величины (допустим, 10¹⁰⁰ Ом), то никакой парадокс не возникает. Хотя с точки зрения реальности это почти то же самое, что и ∞. Возможно это внутреннее противоречие метода, я не знаю. Но существует десятки логических, математических, физических и пр. парадоксов, которые никто объяснить не в состоянии.
Что-то мне подсказывает, что схема с двумя конденсаторами и их энергией (уменьшение энергии при подключении второго конденсатора) не работает. Или же работает немного не так. Например, если вместо ключа поставить очень эффективный преобразователь dc-dc. С эффективностью 99% или более. Тогда можно "перекачать" заряд из одного конденсатора в другой почти полностью. Или например оставовить этот процесс посередине. Просто не верится, что невозможно передать энергию в конденсатор без потери её половины))
Конечно можно, если не замыкать накоротко. Например замкнуть через катушку большой индуктивности - получится колебательный контур (где в роли конденсатора - наши два последовательно соединённые). Подождать ровно половину колебания, когда первый конденсатор разрядится, а второй зарядится, и отсоединить обратно.
Здравствуйте. Спасибо большое за видео. Про W/2 - я был поражён. Более 30 лет занимаюсь электротехникой. Никогда в жизни в голову такая мысль не приходила. Аж несколько раз пересмотрел. На самом деле "энергия" никуда не девается. Можно куда проще объяснить. 2й конденсатор - это ёмкость большая в 2 раза. А заряд никуда не девается. Соответственно при увеличении ёмкости в 2 раза получаем W=q2/2(2C) - тоже самое:W=q2/4C. Тут вопрос в интерпретации - что такое W. Пересмотрев видео ещё раз, W - типа энергия - интерпретируется как работа А. Работа - она в джоулях, а энергия здесь - в кулонах, мкФ*В, В2/мкФ ? Ладно, это я шучу. Но как реально связана мощность с работой ? A=P*t; Куда в этих преобразованиях, когда приравнивали A и W делось t ? Ладно, чёрт с ним, рассматриваем в моменте. О чём это на самом деле формула, для достижения потенциала идентичного C/2 требуется в 2 раза больше продавливать энергии, т.к. мы её рассматриваем моменте при неизменном t. И никуда ничего не прогорает, и не пропадает. Всего лишь игры разума. 2й вопрос. Как так не приближаешь заряды ? Ты их как раз приближаешь. Тут вопрос наверное не увеличиваешь заряд 2й обкладки, а выдавить электронов способен больше. Тут снова вопрос интерпретации W. То совершил работу рукой и увеличил давление зарядов обкладок допустим в 2 раза. Соответственно W чего стало в 2 раза меньше ? А соответственно того же, по изначальному графику ты связал U и q и выразил эту связь через W в моменте. До достижения изначально U требуется в 2 раза меньше W. В данном случае за счёт повышения эффективности конденсатора - уменьшение d и увеличение S. Они собственно говоря и задвигаемый, а не сжимаемые, т.к. на 1 усилие меняется 2 параметра меняющие C.
Половина энергии ушла в тепло (а также в звуковые волны и электромагнитные колебания). А если конденсатор замкнуть на себя, вся энергия высадится в тепло и другие каналы. Закон сохранения энергии тем и удобен, что позволяет рассчитывать балансы, не вникая в конкретный ход процессов.
@@schetnikov , на какое тепло ? Где в схеме хоть 1 элемент который выдаёт тепло ? Если замкнуть сам на себя то заряд поделится между обкладками. Закон сохранения энергии тем и удобен, что позволяет рассчитывать баланс, не вникая в конкретный ход процессов. Зачем придумывать того чего нет ? Воры пришли и выкрали 2 заряженных конденсатора, вот куда девается энергия. (сарказм) Так и до вечного двигателя не далеко.
@@KostsovKonstantin На схеме нет реальных кодденсаторов - там изображены идеальные ёмкостные элементы. Идеальных элементов в реальности не бывает, мы их только на бумаге можем нарисовать. А в реальности мы имеем дело с конденсаторами, у которых есть размеры, которые изготовлены из каких-то материалов, соединены реальными проводами, для замыкания цепи используются реальные выключатели, по проводам течёт ток т.д. У этих железок есть не только ёмкости, но также индуктивности, сопротивления, в контактах выключателей при их сближении происходит разряд, и проч. И энергия перераспределяется не на схеме, а в реальности. За какое время происходит перераспределение заряда? Схема нам об этом ничего не говорит, а чтобы сказала, приходится рисовать на ней другие элементы.
Электротехник может думать, что схема на бумаге и реальный монтаж - это одно и то же. Но физик всегда помнит, что "карта - это не территория", и у элементов на монтажной плате есть паразиные ёмкости, индуктивности, сопротивления проводов и токи утечки - хорошо ещё, если дело только этим ограничивается. Почему электротехник может так думать? Поэтому что всё сделано так, чтобы паразитные эффекты были малыми. Почему физик не должен об этих эффектах забывать? Потому что иначе он может оказаться в ситуации, где карта заметно отличается от территории, а он будет продолжать верить своей карте.
@@schetnikov ,у нас нет взаимопонимания. Если Вы в эту идеальную схему добавите элементы, которые проедают энергию, то получите реальные потери, а не вот эти вот идеальные w/2. Это будет совершенно другая картина, которую не показал автор ролика, но о которой говорите Вы. Я согласен с тем, что Вы мне доказываете, что есть реальные потри, погрешности и реактивная составляющая, но это не те процессы, о которых говорит автор. Автор честно говоря много стебётся. Говорит о работе, энергии, приравнивает их без проблем и вынуждает своим диалогом уходить от сути. У него W это им выдуманная характеристика соотношения q и U, которая к реальной мощности и работе не имеет отношения. А Вы про реальное говорите. И в реальном мире - да есть потери. А у него при изменении C меняется соотношение q и U. Увеличили C в 2 раза ушло соотношение в 2 раза. Это чистое математическое соотношение.
ДЯДЕЕНКА!! Если у вас есть точные весы, ПОЖАЛУЙСТА! Разрядите своей конденсатор на весах. ведь энергия выделилась, работа совершилась, что-то там бумкуло и нагрелось.. КАК ИЗМЕНЯТСЯ ПОКАЗАНИЯ ВЕСОВ?? а то заладили своим E=mc*c..
Допустим там несколько Джоулей выделилось. Какая масса согласно E=mc^2 такому количеству энергии соответствует? Откуда вы им предлагаете добыть весы, которые такой вес могли бы померить? Особенно учитывая, что его нужно не самого по себе отмерить, а как поправку к многограммовому весу конденсатора...
Можно на подвешенный к нити конденсатор приклеить зеркальце и наблюдать дифракционную картину от падающего луча лазерной указки и отражённого от зеркала луча. Очень чувствительные весы получатся, можно увидеть растяжение нити на 0,1 длины волны лазерного излучения.
тогда надо разницу в весе заряженного и разряженного аккума побольше (типа от машины тесла) на Луне замерить интерференционными весами теми. чтобы в вакууме, без ветра и дождиков. а на аккуме том еще и погонять можно по Луне будет, чтоб не зря возить.. нормальную я Лунную программу придумал? обосновать чем
@svas1976 токмо там кортинко интерференционная, наверн, если зеркальце. именение да, а в какую сторону как понять? хотя, логически, что похудеет конденсатор.. кстати, сейчас на Алике продаются конденсаторы по 200 Фарад! причем по три бакса.. для опытов..
Дорогие физики, объясните мне пожалуйста почему вращающаяся медная рамка, надетая сверху на батарейку с неодимовым магнитом, увлекает за собой во вращение эту батарейку вместе с магнитом? Почему батарейка с магнитом не крутятся в противоположную сторону от направления вращения рамки, как при реактивном движении? Ведь рамка должна отталкиваться от магнита, а она наоборот увлекает его за собой во вращение. Неужели там объяснение именно из квантовой механики? К сожалению, этот эксперимент в невесомости в космосе, видимо, никто не проводил. Это уже разбирали на этом канале? Кто-то знает точное объяснение?
(головоломный фокус?:) обладающее энергией электромагнитное поле не обладает тяготеющей массой само по себе (в пучках и фокусах пучков), но если его запереть в конденсаторе, то, по теории Энштейна, конденсатор должен стать тяжелее - гравитационное поле системы как-то изменится
Согласно ОТО источником гравитационного поля является тензор энергии-импульса материи. Электромагнитное поле тоже характеризуется этим тензором. Грубо говоря, источником гравитационного поля есть энергия материи (mc^2 плюс кинетическая) и давление. Для нерелятивистских объектов (обычных тел) основной вклад даёт mc^2, и потому массу m называют тяготеющей. Для ультрарелятивиских объектов масса не играет никакой роли. Электромагнитное поле (фотоны) - ультрарелятивиский объект с энергией W=nhw (n - концентрация фотонов, h - постоянная планка, w - частота) и давлением P=W/3. Тогда можно вести эффективную "тяготеющую энергию" Wт=W+3P=2W, тогда масса заряженого конденсатора увеличится на 2W/c^2.
логично?: если бы свободный пучок электромагнитных волн искривлял бы простраyство так, чтобы притягивать к себе своим собственным гравитационным полем, то он бы мог самофокусироваться из-за самолинзирования, и два разных наблюдателя факта самофокусировки пришли бы к парадоксальному противоречию (для одного наблюдателя пучок достаточно мощный, а для другого не достаточно)(свободные фотоны - не барионное вещество, которое возможно догнать, но в вещественном конденсаторе они переносят энергию и импульс через пространство)(головоломный вопрос- какова конфигурация гравитационного поля системы -какие части заряженного кондёра обладают тяготеющей массой)
@@steppeez Так вроде такая самофокусировка предсказывается в ОТО, не понимаю какой парадокс вы их этого пытаетесь вывести. А в конденсаторе практически вся масса - обычная масса покоя вещества, масса же поля, которая по зазору равномерно размазана, на столько порядков меньше, что можно даже не уточнять, чего именно - конденсатора или воздуха между обкладками.
@@aleksandr_berdnikov , конечно, можно и не интересоваться тем, где в пространстве "зарыта" энергия, а где тяготеющая масса, мне неизвестны такие выводы из теории ОТО, по которым должна происходить самофокусировка пучков электромагнитных волн в физическом вакууме в отсутствии массивного вещества, которое искривляет пространство, но, по моим понятия электродинамики, мощность и объёмная плотность энергии пучка ЭМ волн оказывается разной в разных инерциальных системах отсчёта - что это означает и какое и где это имеет значение?
Энергия системы из двух конденсаторов, ставшая в два раза меньше, в идеальном случае не связана с потерями на излучение или нагрев. В идеальной системе нет таких потерь по определению. Вы можете взять идеальный проводник, и конденсатор из идеального проводника с идеальным диэлектриком. Не надо сюда приплетать потери на неидеальность. Нет их! Мы берем все абсолютно идеальное. Математика и теоретическая физика это позволяет делать сколько угодно. Энергия тратится на совершение Работы. Так вот, на совершение какой Работы уходит ровно половина начальной энергии системы? Вам кажется, что зарядить второй конденсатор - вообще ничего не должно стоить?...
Математика не позволяет делить на ноль (например, делить напряжение на нулевое сопротивление чтобы посчитать ток). Как сказано в ролике, ровно тот же вопрос можно задать по конденсатор, который замкнули накоротко: была энергия - и не стало, хотя никаких потерь в модели не было (вывод: модель недостаточная для данного явления). Конкретно на ваше последнее замечание: конечно на заряд второго конденсатора тратится энергия. В ролике она посчитана, четверть от исходной. На исходном тоже четверть остаётся. Итого - осталось половина исходной энегрии.
@@aleksandr_berdnikov замените конденсаторы двумя аккумуляторами, если вас так тревожат нули. и пусть один аккумулятор, в котором 100Ачб заряжает второй такой же, в котором на начало процесса 0Ач. Процесс очень даже длительный, спокойный, и, предположим, без потерь. Посчитайте энергию. Возьмите аналогию из двух одинаковых баков с водой, соединенных трубой внизу. Там точно не будет никаких искровых разрядов, джоулева тепла, радиоволн. Пусть, наоборот, жидкость перетакает из одного бака в другой очень медленно, без турбулентностей и прочих механических потерь. Посчитайте энергию. Только не забывайте, чтобы перейти из потенциальной энергии в потенциальную (в двух разных стационарных состояниях), чаще всего нужно учесть, что переход осуществляется за счет работы сил, и промежуточного преобразования потенциальной энергии в кинетическую.
@@aleksandr_berdnikov возьмите аналогичные системы, где не возникает нулевых знаменателей, раз уж вас пугают математические пределы. два аккумулятора, или две бочки (для воды), соединенные трубой внизу. ну и вычислите потенциальную энергию таких систем до и после уравновешивания. в чем отличие-то?
Да, но мы решили переделать весь блок по электростатике в нашем нынешнем стиле. Мы переснимаем старые ролики, а по ходу дела включаем в них многое из того, что обсуждалось сравнительно недавно.
При подключении конденсатора с напряжением U ко второму конденсатору с нулевым напряжением на обоих установится U/2, а не Q/2. Отсюда и парадокс уменьшения энергии в 2 раза системы.
Святые микросхем!!!
Всегда был гуманитарием, а здесь заинтересовался практической физикой. Подписался на канал и стал ревностным любителем физики)
Спасибо, всё очень интересно!
Внесу свои две копейки в рассуждения про два конденсатора. Согласен с теми, кто рассматривает систему, как идеальную: нет ни сопротивления, ни индуктивности, и ключа тоже нет. Я строю такую модель: изначально заряд сидит на обкладках одного плоского конденсатора. Затем эти обкладки увеличивается по площади в 2 раза. Получаем конденсатор с двойной емкостью - модель из двух конденсаторов, соединенных параллельно, но нет ни проводов, ни выключателей, ни сопротивлений. Все идеально. Так вот, электроны изначально сидят на одной обкладке, а как только обкладка увеличилась, начинают ускоряться и двигаться в направлении нового вакантного места. Для ускорения электронов требуется затратить работу. По мере заполнения новой площади электроны будут тормозиться и в конце-концов остановятся. Здесь электронам придется выделить энергию.
Модель напоминает движение заряженной частицы в электрическом поле, когда на ее пути есть мишень. Она ускоряется в начале, и получает энергию, а потом тратит ее всю при попадании на мишень.
Также думал, как объяснить, куда девается энергия заряженного конденсатора, если нет сопротивления, а конденсатор разряжаем. Получается, что теряется она туда же: в момент торможения электонов, когда они занимают новые вакантные места на противоположной обкладке.
Спасибо, что дочитали
Работа по притягиванию и отталкиванию обкладок на сдвиг в переменном конденсаторе связана с краевыми эффектами где поле неоднородно.
Теперь нужен ролик, объясняющий что такое "краевые эффекты"
Такой приятный ламповый вайб, как в детстве, в 80х. Спасибо!
Вспоминаю 80-е, никакого вейба в то время не было! Даже слова такого не было!
Приветствую всех на самом интересном канале
Но всё же интересно по поводу двух конденсаторов и выключателя. Схема идеализирована, там не учитывается емкость и индуктивность между проводами, их сопротивление и его изменение от нагрева и т.д. И формулы как будто использованы тоже идеализированные (не учитывающие сопротивление и т.д.). Но ответ при этом содержит ссылку на некие физические явления из-за которых формулы не сошлись. Ну это странно -- тут либо формулы выбраны неправильные (работающие только на физических схемах, но не на идеализированных), либо процессы (физическая модель) описана неправильно (ошибочно) и хорошо бы эту ошибку тогда показать (сказать о ней явно и исправить) 🙂СПАСИБО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 🙂
Здесь проблема не в законах. Как сформулирована задача с двумя конденсаторами - дано начальное состояние системы (в котором заряжен один конденсатор), потом замыкается ключ и подключается второй конденсатор. Вопрос - каково будет конечное состояние системы? Ответ, кажущийся очевидным, что в конечном положении токов не будет, а заряды распределятся поровну между конденсаторами - не такой уж и очевидный! Можно вообразить и еще какие-то конечные положения системы (например, постоянные колебания - периодическое перетекания заряда с одного конденсатора на другой), и в зависимости от того, какое состояние системы мы посчитаем конечным, будут зависеть и наши рассуждения о том, как система к такому состоянию пришла.
- Если конечное состояние это - два конденсатора, заряженные половинным зарядом, то очевидно энергия системы изменилась. И нам приходится придумывать, по какому пути шла система, что бы растерять энергию. Но ведь в постановке уже был подвох. Аналогично можно такую задачу рассмотреть - роняем мяч с высоты H, конечное положение (что очевидно любому, кто кидал мяч) - через некоторое время мяч перестал прыгать и лежит на земле. Законы идеальные, система идеализирована, нигде речи не шло про какие-то диссипативные силы, но мяч то энергию потерял! И единственный способ объяснить куда энергия делась - ввести диссипативные силы. А подвох был в том, какое состояние системы по посчитали конечным. Если б сказали, что мяч будет бесконечно долго прыгать с амплитудой Н, то и энергия просто перетекала бы из потенциальной в кинетическую и обратно...
Я, признаться, ответа не знаю (пока).
Но нутром чую, что тут не корректно поставлена задача. Ведь при замыкании выключателя, во первых, перезаряд произошёл бы МГНОВЕННО, то есть, за время t=0. А во вторых, ток перезаряда был бы БЕСКОНЕЧНО ВЕЛИК I=∞.
И то, и другое вызывает сомнения в корректности задачи.
Ссылка автора на физическую реальность правильна, но "парадокс" не объясняет.
Парадоксы часто возникают именно из за некорректно сформулированного вопроса. Например, если Бог всемогущ, то смог бы он создать камень, который сам бы не мог поднять?
Так что було бы интересно, если автор нашёл бы более убедительное объяснение. Или кто то другой. Не думаю, что этот парадокс обнаружился только сейчас.
Приведённая электросхема предсказывает бесконечные токи в момент замыкания выключателя, а значит, становится неадекватной реальности.
То есть, данная схема адекватно описывает начальное и конечное состояния, но неполна для описания момента включения.
Поэтому, для восстановления адекватности модели в промежуточных состояниях, её _необходимо_ заменять на усложнённую модель с диссипацией. И тогда становится неудивительным, что энергия в конечном состоянии не равна энергии в начальном состоянии.
Подвох "парадокса" заключается в том, что используется модель, адекватная не в каждый момент времени процесса.
Система с двумя конденсаторами будет представлять собой идеальный колебательный контур, только нужно еще катушку добавить. Без катушки же, если предположить, что имеем два конденсатора, соединенных сверхпроводником, модель действительно не подчиняется ЗСЭ, без учета магнитных полей никак.
И нет никакого парадокса: в такой математической модели, не учитывающей магнитное поле и индуктивность энергия не сохраняется.
Интуитивно можно считать энергию в конденсаторах - потенциальной, а энергию магнитного поля в катушке - кинетической.
Если же в рамках модели с учетом магнитного поля рассмотреть ту же самую схему, то получится колебательный контур на сверхпроводниках, который, скорее всего, за доли секунды растеряет энергию в виде излучения из-за огромной частоты колебаний. И при учете нулевого сопротивления сверхпроводника нужно будет рассматривать движение зарядов в рамках сугубо квантовой электродинамики уже.
@@noavailablenamesatall э.. скажи вот просто -- используемые формулы, они правдивы для реальной схемы или для идеальной, которая рассматривается в парадоксе?
В опыте с двумя конденсаторами не больше противоречий чем в классической механике при сцеплении двух тележек одинаковой массы, одна из которых покоится.
Импульс до столкновения-сцепления:
P1=mv
Энергия до столкновения
E1=mv^2/2
Импульс после столкновения не изменился:
P2=(2*m)*(v/2) (масса удвоилась, скорость уполовинилась). P1=P2
Энергия после столкновения стала меньше в два раза.
E2 = (2*m)*(v/2)^2/2=mv^2/4==E1/2
Почему вас в классической механике этот парадокс не смущает, а в электротехнике начинает смущать? Вы ведь правильно описали, что работа на зарядку конденсатора (перемещение заряда) тем больше, чем сильнее заряжен конденсатор. Соответсвенно, потери начинаются из-за того, что когда из первого конденсатора забирается первый электрон, работа совершенная им будет несоизмерима работе, необходимой для перемещения этого же электрона между обкладками второго конденсатора дле его зарядки.
Потому что при сцеплении двух тележек удар неупругий, половина кинетической энергии первой тележки диссипировалась в тепло. Если бы не было диссипации, то первая тележка остановилась бы, а вторая начала бы двигаться с той же скоростью. С конденсаторами тоже самое - сопротивление проводников забирает половину энергии первоначально заряженного конденсатора.
Когда пластины ещё не полностью перекрыты, на краях их имеется составляющая поля, неперпендикулярная пластинам, потому как заряды распределены по пластине как по проводнику, так что имеются силы, вдвигающие одни пластины в другие, эти силы и работают на изменение энергии конденсатора. "Я так дууумаю!" (Рубик-джян, "Мимино")
Энергия заряженного конденсатора содержится в поле между обкладками. Рассмотрим сначала случай плоского конденсатора ёмкостью C=εS/d. При постоянном заряде q=CU=CEd=const напряжённость электрического поля не зависит от расстояния между обкладками E=q/(Cd)=q/(εS). Однако при раздвигании обкладок мы увеличиваем объём в котором существует поле V=Sd, в тоже время энергия поля W=εVE^2/2. Следовательно энергия конденсатора запасённая в поле растёт поскольку при раздвигании обкладок мы увеличивам объём в котором существует поле при неизменной напряжённости, а это требует совершения работы. Ну ещё объём несколько подростает за счёт усиления краевых эффектов при раздвигании пластин.
Теперь займёмся конденсатором переменной ёмкости, где вдвигаются и выдвигаются пластины. В этом случае у нас расстояние d=const, однако теперь уже меняется площадь S. Здесь уже нельзя напрямую количественно пользоваться формулой плоского конденсатора, а только качественно. При выдвигании пластин эффективная площадь обкладок уменьшается, а значит и ёмкость уменьшается. Однако заряд на пластинах остаётся таким же с некоторым изменением поверхностной плотности, так что бы поверхности пластин были эквипотенциальными. Тогда, в отличие от плоского конденсатора, линии напряжённости будут заметно выходить за края пластин (существенные краевые эффекты), что существенно увеличит тот объём V, в котором это поле существует (при почти постоянной напряжённости) , что снова по формуле W=εVE^2/2 увеличит энергию конденсатора. Это в свою очередь потребует совершения работы внешней неэлектрической силы.
Рассмотрим для простоты квадратные обкладки. Выделим на одной из обкладок точку, не находящуюся в центре квадрата. Эта точка содержит бесконечно малый заряд dq, который взаимодействует с противоположной обкладкой. Последнюю можно мысленно разбить на множество бесконечно малых зарядов и затем просуммировать силы их взаимодействия с зарядом dq. Очевидно, эта сила имеет компоненту, направленную вдоль обкладки. Однако симметрично (относительно центра квадрата) можно выделить бесконечно малый заряд dq', для которого аналогичная компонента имеет ту же величину и противоположна по направлению. В итоге суммарная сила между двумя обкладками, являющимися гранями воображаемого прямоугольного параллелепипеда, направлена перпендикулярно обкладкам и не имеет компоненты вдоль обкладок. Ситуация изменится, если одну обкладку сдвинуть (параллелепипед уже не прямоугольный). Появится нескомпенсированная сила, направленная вдоль обкладок, она стремится вернуть обкладки в исходное положение и именно против неё мы и совершаем работу, выдвигая обкладку.
Заряд вытесняется к краям.
В центре квадрата заряд минимальный
@vovan8547 это не влияет на симметрию относительно центральной точки и, следовательно, общий ход дальнейших рассуждений
Краевые эффекты, надо полагать?
Совершение работы в конденсаторе переменной емкости происходит потому, что при перемещении одной пластины относительно другой меняется площадь перекрытия друг другом. Дело в том, что с одной стороны, заряды на разных пластинах притягиваются друг к другу, соответственно при выдвижении пластины из конденсатора площадь распределения заряда уменьшается. С другой стороны, заряды на одной пластине отталкиваются и стремятся максимально друг от друга удалиться, распределившись по всей площади. При попытке уменьшить площадь (выдвинуть пластину) возникает сила сопротивления, и совершается работа. И наоборот, сила, расталкивающая заряды на пластине и одновременно тянущая заряды к другой пластине стремится втянуть пластину в конденсатор и совершает работу.
По поводу потери половины энергии при замыкании цепи из заряженного и разряженного конденсаторов - тут все логично, мы же сами принимаем формулу энергии как заряд распределенный по емкости (W=Q²/2C) и соответственно заряд делится пополам между двумя конденсаторами, но емкость становится в 2 раза больше, а так как она в знаменателе - то и энергия соответственно становится в 2 раза меньше.
Мне кажется, что стоило бы в разрешении "парадокса" сказать, что в идеальной ситуации, при отсутствии электрического сопротивления и мгновенном замыкании контакта, в системе начались бы электрические колебания: сам контур - это один виток катушки индуктивности, два конденсатора - соответственно ёмкости, получаем колебательный контур. В те моменты, когда заряд распределялся бы строго поровну между двумя конденсаторами, вторая половина энергии была бы в магнитном поле, порождённом протекающим током (это - моменты максимума тока).
Т.к. переменный ток генерирует радиоволны, то колебания в системе постепенно затухали бы, и половина изначальной энергии в итоге ушла бы именно в радиоволны.
P.S. 9:49 - W = W/Sd - это хорошо написали :-) Понятно что вы имели ввиду под первой W плотность, а под второй - полную энергию. Но как-то стоило бы проработать обозначения лучше, чтобы не могло возникать путаницы.
P.P.S. при равномерном распределении заряда по поверхности сдвинутых друг относительно друга пластин поле будет далеко не перпендикулярно поверхностям этих пластин. Разумеется, в случае проводящих пластин не будет никакого равномерного распределения, заряды будут сосредоточены преимущественно в области перекрытия пластин, но поле всё равно получается под углом, а потому смещение пластин требует совершения работы в поле параллельной плоскости пластин компоненты.
На обкладках заряды, на прилегающих сторонах диэлектрика наведены заряды противоположных знаков. Диэлектрик втягивается внутрь конденсатора кулоновскими силами направленными параллельно обкладкам.
@@alexandrpetrov1110 вы про какой диэлектрик? Про воздух-то?..
Потенциальная энергия тела поднятого на определённую высоту, относительно земли , будет меньше если мы уменьшим силу притяжения земли. Вопрос, а куда делась запасённая изначально энергия? Да никуда она не делась. Запас энергии уменьшился из-за того , что земля стала слабее притягивать поднятое тело. Вот тоже самое и происходит с параллельным подключением конденсаторов. Когда мы предоставляем для зарядов больше пространства они начинают слабее взаимодействовать друг с другом вот это и есть причина уменьшения энергии конденсатора.
А игра с изолятором конденсатора возможна только из-за малых размеров и ёмкости конденсатора. При значительном заряде боюсь придётся применять домкрат. Вот при таком примере не будет ни у кого вопросов откуда берётся энергия. Надо провести показательный опыт. Изолятор конденсатора подвесить на весах и уравновесить так, чтобы при вытянутом изоляторе и Отсутствии заряда на обкладках изолятор не опускался. При появлении заряда изолятор притянется к обкладкам весы это продемонстрируют. А потом методом добавления гирек попытаться вытащить Изолятор из обкладок будет убедительно и наглядно.
Когда мы раздвигаем пластины плоского конденсатора, то перемещение заряженных обкладок l паралельно электрисческому полю E, работа внешней силы против электрических сил есть qEl. В конденсаторе с выдвигающимися пластинами пластины движутся всегда перпендекулярно полю то есть скалярное произведение El=0, поскольку поле всегда перпендекулярно поверхности проводника. Однако надо учесть, что заряд на пластинах остаётся таким же, но его поверхностная плотность в процессе выдвигания пластин меняется так, что бы поверхности пластин были эквипотенциальными при новом положении пластин относительно друг друга. Процесс перерасспределения заряда на пластинах неравновесный, то есть в течение времени перераспределения электрическое поле может быть не перпендикулярно к пластинам, тое перемещение заряда такое что уже El≠0. Это значит, что для выдвигание пластин (которое вызывает пераспределение заряда на пластинах) надо совершить работу внешней силой против электрических сил.
На обкладках заряды, на прилегающих сторонах диэлектрика наведены заряды противоположных знаков. Диэлектрик втягивается внутрь конденсатора кулоновскими силами направленными параллельно обкладкам.
В электрическом поле сам диэлектрик поляризуется.
13:00 может сила трения?
Или как сила Ампера действующая перпендикулярно, как выталкивающая
Чтобы энергия 0,5*C*U^2 не терялась при переливании из одного конденсатора в другой, её надо переливать не через R, а через 0,5*L*I^2
Если у конденсаторов происходит парадокс с перезарядкой (как я понял он может вместить в себя 150% энергии) то нужно увеличивать этот парадркс, чтобы он вмещал уже 1000% энергии! Затем масштабировать, тем самым можно впихнуть на космокорабль энергию равносильную массе луны! А когда во время полёта останется 1% энергии, то специально обученый человек будет вынимать пластинки, тем самым увеличив энергию! Грубо говоря зарядит их без источника питания! Тоесть можно сказать что эти конденсаторы были заряжены на 100% но парадоксально в них находится 1000%, а вытащить из них можно 3000%!
Это я ещё приуменьшил цифры. Если развиваться в этом направлении, то можно выкачивать из них мульоны-мульарды процентов!!!
Вижу, люди пишут про краевые эффекты, объяснения даже понятные. Сам не проходил такую физику.
Интересно, можно ответить на вопрос о совершаемой работе в переменном конденсаторе, рассматривая изменение величины электрической постоянной (e_0 в вакууме и уменьшается в других средах)? Формулы должны сойтись)
Посчитайте пожалуйста заряд пледа, который лежит у меня на кровати. У меня от этих значений волосы на бестолковке иногда искрятся
Получится ли КПД>100%, если начать заряжать нелинейный конденсатор, емкость которого падает с ростом напряжения? Ну, вроде как эквивалент беззатратного разведения в стороны обкладок, сопровождаемый ростом энергии?
Должна возникать сила, противостоящая выдвижению обкладок. Но откуда ей взяться? Она должна противочтоять лишь раздвижению в стороны, а не вверх?
Если зарядить электролитический конденсатор источником постоянного тока "плюсом" и "минусом" соответственно, то на его полюсах будет "+" и "- ". А если зарядить металлобумажный конденсатор источником переменного тока, и после отсоединения источника, где на его полюсах "+" и "-" ?
Помнится, в Вашем же опыте доказано, что заряд конденсатора хранится в барьерном слое между обкладками. Но тогда рассматривали твердое вещество. Интересно, как быть , когда диэлектрик - воздух?
Трибоэлектричество и электростатическая индукция
Спасибо за интересный видео урок 🙏 Очень интересно и познавательно 🤔 Было бы интересно посмотреть не просто на формулы и их производные, а реальный (практический) расчёт запасённой энергии с измерением каждой величины формулы... Но тут наверное нужен похожий прибор для измерение напряжения
th-cam.com/video/bq9Gs5bMeWw/w-d-xo.htmlsi=ZH1Hn-NsM-wL0Dy1
А также измерить ёмкость конденсатора
5:21 А можно вопрос? Как так может быть, что на одном конденсаторе заряд q, а на другом, соединенном с ним пусть даже одним проводом, заряда нет?
И вообще, два ли тут изображено конденсатора, или три?🤔
А вы думаете, что если два конденсатора спаять последовательно, и зарядить только один из них, прикоснувшись выводами источника к его выводам, то второй тоже зарядится? Иначе, но то же самое: на столе лежит конденсатор, вы прикасаться к одному из его выводов одним выводом источника, зарядить ли конденсатор?
@@schetnikov ну, насколько я понял из предыдущих роликов:
┤├──────────(прикасаемся тут)───────────┤├
┤├──(заряд расползается по всему проводнику)──┤├
или всё будет как-то по-другому?
Хотя... Может, заряды не расползаются за пределы конденсатора, потому что на обкладках они разные по знаку и удерживают друг друга?
Тогда непонятно, как на эту ситуацию влияет замыкание ключа где-то вдали.
@@Murlakatam42 про обкладки вы всё верно пишете. Заряду на противоположной обкладке неоткуда появиться. Значит и на ближней обкладке он не появится тоже. Конденсатор - жто такая штука, где заряды противоположного знака на двух обкладках удерживают друг друга.
@@schetnikov тогда, признаться, я не понимаю, как конденсатор вообще может разряжаться при замыкании ключа.
По какой причине удерживающие друг друга заряды вдруг ринутся обходным путём?
@@Murlakatam42 потому что на конденсаторе есть разность потенциалов. Если обкладки соединить проводником, эта разность по проводнику заряды погонит от одной обклвдк к другой. пока мы не замкнули провод вдали, потенциал такой
- ----||---- + --------- + ------||------ +
когда левый минус соединяется с правым плюсом, то с одной стороны в этом месте ток потечёт, но и параллельно по среднему куску потечёт ток тоже, такой что каждый конденсатор в сумме по обкладкам имеет примерно нулевой заряд.
Совершает работу против или по электростатическим силам😊
видимо меняется концентрация заряда на площадях обкладок, которые смотрят друг на друга
Рубашка зачётная❤
меняется напряжение на кондесаторе в завизимости от расстояния между пластинами
Берем 2 электрона и удерживаем на расстоянии 1 м. Отпускаем - они отлетают на 2 м. Энергия упала вдвое. Парадокс!
В задаче с 2 конденсаторами чтобы заряды куда-то двигались, должно быть поле (в т.ч. параллельно поверхности). Если есть поле - есть работа.
В замкнутом контуре потечет ток - значит возникнет импульс магнитного поля. Энергия излучится в виде эл маг волн. Фотончики унесут энергию. Даже при идеальных проводниках.
я про параллельные конденсаторы не понял. Когда цепь разомкнута то эти два конденсатора по С эквивалентны одному по С/2. Энергия Q^2/C. Когда замнули, то ескость стала 2С а заряд сохранился...энергия Q^2/4С...и тогда теряю даже не половину, а все 3/4....
вы конденсаторы в начале соединили последовательно, но этого не было.
При переносе первого заряда, работа уже не равна нулю, поскольку, удаляясь от донорской обкладки, на заряд уже начинает действовать сила.
эта энергия для нашего рассуждения бесконечно мала.
Между прочим, чтобы возник парадокс, вовсе не нужны 2 конденсатора. Представьте себе, что у вас ОДИН конденсатор, обкладки которого можно замкнуть идеальным переключателем. Зарядили вы его зарядом Q. Накопил он энергию Q²/2C. А потом разрядили, замкнув обкладки через идеальный переключатель. И вся энергия исчезла. ВСЯ, а не половина даже! И куда она улетучилась по вашему?
В электрический ток.
Проводник (замкнутый контур точнее) по-любому имеет индуктивность L, хоть и малую. Тогда если накоротко замкнуть пластины, то мы получим колебательный контур. Там будут иметь место колебания с периодом T=2π√LC. Если проводник идеальный, то колебания будут гармоническими (бесконечная во времени синусоида). В реальности из-за сопротивления провода R эти колебания будут затухать со временем t как ~exp(-2Rt/L). То есть характерное время затухания τ=L/(2R). Тогда отношение τ/T=√L/(4πR√С). Индуктивность контура из одного провода достаточно мала, тогда τ/T
@@KonstantinGrigorishin-t4f
То, что вы написали, представляет собой неявное (или явное?) апеллирование к физической реальности, предполагая, что провода обязательно должны иметь некоторое сопротивление или некоторую индуктивность. А почему? Это ведь мысленный эксперимент, и ничто не мешает предположить, что все паразитные сопротивления и индуктивности равны нулю.
@@МишкоБролис Любой замкнутый контур из проводника обязательно имеет индуктивность L, поскольку текущий по нему ток I создаёт поток магнитного поля Ф=LI пронизывающий контур -это следствие уравнений Максвелла, которые нельзя отменить. А вот положить сопротивление нулём R=0, в принципе, чисто теоретически мы можем (существуют сверхпроводники), что я и описал в своём ответе - будут незатухающие колебания заряда в конденсаторе и тока в контуре. Но в подавляющем большинстве случаев сопротивление есть. Тогда получается просто разрядка конденсатора с выделение всей его накопленной энергии в тепло.
@@KonstantinGrigorishin-t4f
Уравнения Максвелла тут не при чём.
Это попытка решить чисто математическую задачу методом теории электрических цепей. Там никакие уравнения Максвелла в расчёт не берутся. А также используются идеальные модели различных элементов цепей. При этом нет никакой необходимости ограничиваться фактами реальной физической действительности. Например, если вместо второго конденсатора поставить сопротивление СКОЛЬ УГОДНО большой величины (допустим, 10¹⁰⁰ Ом), то никакой парадокс не возникает. Хотя с точки зрения реальности это почти то же самое, что и ∞.
Возможно это внутреннее противоречие метода, я не знаю. Но существует десятки логических, математических, физических и пр. парадоксов, которые никто объяснить не в состоянии.
Что-то мне подсказывает, что схема с двумя конденсаторами и их энергией (уменьшение энергии при подключении второго конденсатора) не работает. Или же работает немного не так. Например, если вместо ключа поставить очень эффективный преобразователь dc-dc. С эффективностью 99% или более. Тогда можно "перекачать" заряд из одного конденсатора в другой почти полностью. Или например оставовить этот процесс посередине.
Просто не верится, что невозможно передать энергию в конденсатор без потери её половины))
Конечно можно, если не замыкать накоротко. Например замкнуть через катушку большой индуктивности - получится колебательный контур (где в роли конденсатора - наши два последовательно соединённые). Подождать ровно половину колебания, когда первый конденсатор разрядится, а второй зарядится, и отсоединить обратно.
Здравствуйте. Спасибо большое за видео. Про W/2 - я был поражён. Более 30 лет занимаюсь электротехникой. Никогда в жизни в голову такая мысль не приходила. Аж несколько раз пересмотрел. На самом деле "энергия" никуда не девается. Можно куда проще объяснить. 2й конденсатор - это ёмкость большая в 2 раза. А заряд никуда не девается. Соответственно при увеличении ёмкости в 2 раза получаем W=q2/2(2C) - тоже самое:W=q2/4C. Тут вопрос в интерпретации - что такое W. Пересмотрев видео ещё раз, W - типа энергия - интерпретируется как работа А. Работа - она в джоулях, а энергия здесь - в кулонах, мкФ*В, В2/мкФ ? Ладно, это я шучу. Но как реально связана мощность с работой ? A=P*t; Куда в этих преобразованиях, когда приравнивали A и W делось t ? Ладно, чёрт с ним, рассматриваем в моменте. О чём это на самом деле формула, для достижения потенциала идентичного C/2 требуется в 2 раза больше продавливать энергии, т.к. мы её рассматриваем моменте при неизменном t. И никуда ничего не прогорает, и не пропадает. Всего лишь игры разума. 2й вопрос. Как так не приближаешь заряды ? Ты их как раз приближаешь. Тут вопрос наверное не увеличиваешь заряд 2й обкладки, а выдавить электронов способен больше. Тут снова вопрос интерпретации W. То совершил работу рукой и увеличил давление зарядов обкладок допустим в 2 раза. Соответственно W чего стало в 2 раза меньше ? А соответственно того же, по изначальному графику ты связал U и q и выразил эту связь через W в моменте. До достижения изначально U требуется в 2 раза меньше W. В данном случае за счёт повышения эффективности конденсатора - уменьшение d и увеличение S. Они собственно говоря и задвигаемый, а не сжимаемые, т.к. на 1 усилие меняется 2 параметра меняющие C.
Половина энергии ушла в тепло (а также в звуковые волны и электромагнитные колебания). А если конденсатор замкнуть на себя, вся энергия высадится в тепло и другие каналы. Закон сохранения энергии тем и удобен, что позволяет рассчитывать балансы, не вникая в конкретный ход процессов.
@@schetnikov , на какое тепло ? Где в схеме хоть 1 элемент который выдаёт тепло ? Если замкнуть сам на себя то заряд поделится между обкладками. Закон сохранения энергии тем и удобен, что позволяет рассчитывать баланс, не вникая в конкретный ход процессов. Зачем придумывать того чего нет ? Воры пришли и выкрали 2 заряженных конденсатора, вот куда девается энергия. (сарказм) Так и до вечного двигателя не далеко.
@@KostsovKonstantin На схеме нет реальных кодденсаторов - там изображены идеальные ёмкостные элементы. Идеальных элементов в реальности не бывает, мы их только на бумаге можем нарисовать. А в реальности мы имеем дело с конденсаторами, у которых есть размеры, которые изготовлены из каких-то материалов, соединены реальными проводами, для замыкания цепи используются реальные выключатели, по проводам течёт ток т.д. У этих железок есть не только ёмкости, но также индуктивности, сопротивления, в контактах выключателей при их сближении происходит разряд, и проч. И энергия перераспределяется не на схеме, а в реальности. За какое время происходит перераспределение заряда? Схема нам об этом ничего не говорит, а чтобы сказала, приходится рисовать на ней другие элементы.
Электротехник может думать, что схема на бумаге и реальный монтаж - это одно и то же. Но физик всегда помнит, что "карта - это не территория", и у элементов на монтажной плате есть паразиные ёмкости, индуктивности, сопротивления проводов и токи утечки - хорошо ещё, если дело только этим ограничивается. Почему электротехник может так думать? Поэтому что всё сделано так, чтобы паразитные эффекты были малыми. Почему физик не должен об этих эффектах забывать? Потому что иначе он может оказаться в ситуации, где карта заметно отличается от территории, а он будет продолжать верить своей карте.
@@schetnikov ,у нас нет взаимопонимания. Если Вы в эту идеальную схему добавите элементы, которые проедают энергию, то получите реальные потери, а не вот эти вот идеальные w/2. Это будет совершенно другая картина, которую не показал автор ролика, но о которой говорите Вы. Я согласен с тем, что Вы мне доказываете, что есть реальные потри, погрешности и реактивная составляющая, но это не те процессы, о которых говорит автор. Автор честно говоря много стебётся. Говорит о работе, энергии, приравнивает их без проблем и вынуждает своим диалогом уходить от сути. У него W это им выдуманная характеристика соотношения q и U, которая к реальной мощности и работе не имеет отношения. А Вы про реальное говорите. И в реальном мире - да есть потери. А у него при изменении C меняется соотношение q и U. Увеличили C в 2 раза ушло соотношение в 2 раза. Это чистое математическое соотношение.
ДЯДЕЕНКА!! Если у вас есть точные весы, ПОЖАЛУЙСТА! Разрядите своей конденсатор на весах.
ведь энергия выделилась, работа совершилась, что-то там бумкуло и нагрелось.. КАК ИЗМЕНЯТСЯ ПОКАЗАНИЯ ВЕСОВ??
а то заладили своим E=mc*c..
Допустим там несколько Джоулей выделилось. Какая масса согласно E=mc^2 такому количеству энергии соответствует? Откуда вы им предлагаете добыть весы, которые такой вес могли бы померить? Особенно учитывая, что его нужно не самого по себе отмерить, а как поправку к многограммовому весу конденсатора...
Можно на подвешенный к нити конденсатор приклеить зеркальце и наблюдать дифракционную картину от падающего луча лазерной указки и отражённого от зеркала луча. Очень чувствительные весы получатся, можно увидеть растяжение нити на 0,1 длины волны лазерного излучения.
тогда надо разницу в весе заряженного и разряженного аккума побольше (типа от машины тесла) на Луне замерить интерференционными весами теми. чтобы в вакууме, без ветра и дождиков.
а на аккуме том еще и погонять можно по Луне будет, чтоб не зря возить.. нормальную я Лунную программу придумал? обосновать чем
@dzyn523 Отличная программа, прям в бюджет Ютуб-канала средней величины)
@svas1976 токмо там кортинко интерференционная, наверн, если зеркальце. именение да, а в какую сторону как понять?
хотя, логически, что похудеет конденсатор.. кстати, сейчас на Алике продаются конденсаторы по 200 Фарад!
причем по три бакса.. для опытов..
Дорогие физики, объясните мне пожалуйста почему вращающаяся медная рамка, надетая сверху на батарейку с неодимовым магнитом, увлекает за собой во вращение эту батарейку вместе с магнитом? Почему батарейка с магнитом не крутятся в противоположную сторону от направления вращения рамки, как при реактивном движении? Ведь рамка должна отталкиваться от магнита, а она наоборот увлекает его за собой во вращение. Неужели там объяснение именно из квантовой механики? К сожалению, этот эксперимент в невесомости в космосе, видимо, никто не проводил. Это уже разбирали на этом канале? Кто-то знает точное объяснение?
(головоломный фокус?:) обладающее энергией электромагнитное поле не обладает тяготеющей массой само по себе (в пучках и фокусах пучков), но если его запереть в конденсаторе, то, по теории Энштейна, конденсатор должен стать тяжелее - гравитационное поле системы как-то изменится
А откуда информация что электромагнитное поле не обладает тяготеющей массой? Вроде в ОТО вполне обладает...
Согласно ОТО источником гравитационного поля является тензор энергии-импульса материи. Электромагнитное поле тоже характеризуется этим тензором. Грубо говоря, источником гравитационного поля есть энергия материи (mc^2 плюс кинетическая) и давление. Для нерелятивистских объектов (обычных тел) основной вклад даёт mc^2, и потому массу m называют тяготеющей. Для ультрарелятивиских объектов масса не играет никакой роли. Электромагнитное поле (фотоны) - ультрарелятивиский объект с энергией W=nhw (n - концентрация фотонов, h - постоянная планка, w - частота) и давлением P=W/3. Тогда можно вести эффективную "тяготеющую энергию" Wт=W+3P=2W, тогда масса заряженого конденсатора увеличится на 2W/c^2.
логично?: если бы свободный пучок электромагнитных волн искривлял бы простраyство так, чтобы притягивать к себе своим собственным гравитационным полем, то он бы мог самофокусироваться из-за самолинзирования, и два разных наблюдателя факта самофокусировки пришли бы к парадоксальному противоречию (для одного наблюдателя пучок достаточно мощный, а для другого не достаточно)(свободные фотоны - не барионное вещество, которое возможно догнать, но в вещественном конденсаторе они переносят энергию и импульс через пространство)(головоломный вопрос- какова конфигурация гравитационного поля системы -какие части заряженного кондёра обладают тяготеющей массой)
@@steppeez Так вроде такая самофокусировка предсказывается в ОТО, не понимаю какой парадокс вы их этого пытаетесь вывести.
А в конденсаторе практически вся масса - обычная масса покоя вещества, масса же поля, которая по зазору равномерно размазана, на столько порядков меньше, что можно даже не уточнять, чего именно - конденсатора или воздуха между обкладками.
@@aleksandr_berdnikov , конечно, можно и не интересоваться тем, где в пространстве "зарыта" энергия, а где тяготеющая масса, мне неизвестны такие выводы из теории ОТО, по которым должна происходить самофокусировка пучков электромагнитных волн в физическом вакууме в отсутствии массивного вещества, которое искривляет пространство, но, по моим понятия электродинамики, мощность и объёмная плотность энергии пучка ЭМ волн оказывается разной в разных инерциальных системах отсчёта - что это означает и какое и где это имеет значение?
Энергия системы из двух конденсаторов, ставшая в два раза меньше, в идеальном случае не связана с потерями на излучение или нагрев. В идеальной системе нет таких потерь по определению. Вы можете взять идеальный проводник, и конденсатор из идеального проводника с идеальным диэлектриком. Не надо сюда приплетать потери на неидеальность. Нет их! Мы берем все абсолютно идеальное. Математика и теоретическая физика это позволяет делать сколько угодно.
Энергия тратится на совершение Работы.
Так вот, на совершение какой Работы уходит ровно половина начальной энергии системы? Вам кажется, что зарядить второй конденсатор - вообще ничего не должно стоить?...
Математика не позволяет делить на ноль (например, делить напряжение на нулевое сопротивление чтобы посчитать ток). Как сказано в ролике, ровно тот же вопрос можно задать по конденсатор, который замкнули накоротко: была энергия - и не стало, хотя никаких потерь в модели не было (вывод: модель недостаточная для данного явления). Конкретно на ваше последнее замечание: конечно на заряд второго конденсатора тратится энергия. В ролике она посчитана, четверть от исходной. На исходном тоже четверть остаётся. Итого - осталось половина исходной энегрии.
@@aleksandr_berdnikov замените конденсаторы двумя аккумуляторами,
если вас так тревожат нули. и пусть один аккумулятор, в котором 100Ачб заряжает второй такой же, в котором на начало процесса 0Ач.
Процесс очень даже длительный, спокойный, и, предположим, без потерь.
Посчитайте энергию.
Возьмите аналогию из двух одинаковых баков с водой, соединенных трубой внизу. Там точно не будет никаких искровых разрядов, джоулева тепла, радиоволн. Пусть, наоборот, жидкость перетакает из одного бака в другой очень медленно, без турбулентностей и прочих механических потерь.
Посчитайте энергию.
Только не забывайте, чтобы перейти из потенциальной энергии в потенциальную (в двух разных стационарных состояниях), чаще всего нужно учесть, что переход осуществляется за счет работы сил, и промежуточного преобразования потенциальной энергии в кинетическую.
@@aleksandr_berdnikov возьмите аналогичные системы, где не возникает нулевых знаменателей, раз уж вас пугают математические пределы.
два аккумулятора, или две бочки (для воды), соединенные трубой внизу. ну и вычислите потенциальную энергию таких систем до и после уравновешивания. в чем отличие-то?
Кажется, все это уже на канале обсуждалось.
Да, но мы решили переделать весь блок по электростатике в нашем нынешнем стиле. Мы переснимаем старые ролики, а по ходу дела включаем в них многое из того, что обсуждалось сравнительно недавно.
При подключении конденсатора с напряжением U ко второму конденсатору с нулевым напряжением на обоих установится U/2, а не Q/2. Отсюда и парадокс уменьшения энергии в 2 раза системы.