理想电容器充电中的热量损失

电器工程 电容器 收费 系列 活力 电容充电
2022-01-15 18:44:10

如果我们使用一个理想电容器为另一个理想电容器充电,我的直觉告诉我不会产生热量,因为电容器只是存储元件。它不应该消耗能量。

原始问题

但是为了解决这个问题,我使用了两个方程(电荷守恒和平衡时两个电容器的电压相等)来发现能量确实已经损失了。

我的图表

我的解决方案

在这种情况下,热量散失的机制是什么?是将电荷在 C1 上推得更近所需的能量吗?是否需要能量来加速充电,使其移动?我是否正确声称没有产生“热量”?

我注意到,如果将其充电到\$V_0\$ ,则损失的能量等于存储在“等效”串联电容中的能量。有什么理由会这样吗?

并联电容

4个回答

这些理论示例的问题在于电流被假定无限0 秒在守恒定律中粗略地替换它:

$$ \frac {\partial \rho }{\partial t} +\nabla \cdot \mathbf {J} = 0 $$

$$ \frac { \rho }{ 0 }+ \infty \neq 0 $$

由于电荷是守恒的,零时间电流无限大的假设是错误的。

耗散多少功率\$P_{diss}=VI\$无法定义,因为电流的定义是错误的。

所以,答案是:无法定义

编辑
请注意,耗散也不是 0 W,因为 R = 0 \$ \Omega\$出于与上述相同的原因:\$ P = I^2R = \infty^2 \cdot 0 \$未定义

当质量以非弹性方式碰撞时,动量守恒,但能量必须损失。双电容悖论也是如此。电荷总是守恒的,但是能量会在热波和电磁波中损失掉。我们的简单电路原理图模型不足以展示更微妙的机制,例如互连电阻。

弹性碰撞可以说相当于在导线中增加串联电感。两者之间的某个地方是现实 - 连接由电阻器和电感器组成;我们的示意图可能没有显示它们的事实只是我们想象力的一个弱点。

在这种情况下,热量散失的机制是什么?

通常,电线和开关具有一定的电阻。因为电流流过电线,所以会产生热量。

我注意到,如果将其充电至 V0,则损失的能量等于存储在“等效”串联电容中的能量。有什么理由会这样吗?

如果您为电荷和电压成比例的“理想”电容器充电,则 50% 的能量将转化为热量。

但是,如果您有“真正的”电容器,其中电荷和电压不完全成比例(据我所知,DLC 就是这种情况),那么转换为热量的能量百分比完全是 50%。

这意味着您观察的关键在于电容器的方程式(q ~ v),并且没有独立于该方程式的“直观”解释。

(如果有独立于方程的解释,“真实”电容器的百分比也将是 50%。)

我必须选择“问题无效”。

看起来问题已从前一个问题编辑为另一个问题。

“答案”的单位均为 Q^2 * C / C^2 或 Q/C。

自从我上 EE 课程以来,我已经 40 年了,但那不是电压吗?您如何用电压单位回答“散热”问题?