我的探究性学习报告
coulson212012/02/08电子技术 IP:江西
我们寒假布置了探究性学习报告,我选的课题是科创以前一个帖子,原图不在这台电脑,论坛又不支持图片直接复制粘贴,大家凑合先看文件,我看能不能转成帖子。
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~~空空如也
coulson21 作者
12年3个月前 IP:未同步
364776
用了老虎的一个实验,老虎不会咬人吧[s:274]
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coulson21作者
12年3个月前 IP:未同步
364777
不压缩不行啊
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coulson21作者
12年3个月前 IP:未同步
364778
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+1
学术分
焓熵`
2012-02-08
高质量发帖
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火星居士
12年3个月前 IP:未同步
364790
电容并联。是高中的作业么?
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焓熵`
12年3个月前 IP:未同步
364817
转:电容并联能量损失问题
电容并联能量损失问题
关键词:电容 能量损失


[size=10][font=宋体]一个如下图的电路,给一个电容量为C的电容充电,充电到U,此时储能E=1/2 CU2。然后将它与另一个完全相同电容并联。此时两个电容两端电压将相等,根据公式c=QU和电荷守恒,两个电容两端电压U1=1/2U。而单个电容的电容量不变,所以有:
总能量E=2*单个电容能量E’=2*[1/2 C*(U/2)2]=1/4CU2=1/2E
从中可以看出电容在并联过程中,损失了一半的能量。
1.jpg

[size=10][font=宋体]那么这些能量到哪去了呢?

1.       有电阻时的情况。
有电阻时电容充放电时,会有热量产生,损耗能量,只有当充放电停止,电流为0时,才会停止消耗。需要说明的是,虽然电阻损耗了能量,但没有损耗电荷,所以不论电阻多大,最终的电压始终为1/2U。这一点可以通过实验来证明。
实验器材:数字万用表 20V电压档
2.jpg

若干对相同的电容  5.1Ω电阻
3.jpg

3-15V  2A稳压电源
4.jpg

[font=宋体]1.       将两相同规格电容负极连接,如下图所示
5.jpg
将稳压电源电压调成10V,对其中一个电容充电,最终电压为9.992V
6.jpg

2.将两电容直接并联,测得最终电压为5.006V,基本为电源电压一半
7.jpg

3.将两电容完全放电,再次重复1步骤
8.jpg
再通过电阻对另一电容充电,最终电压为5.006V,与2步骤结果完全相同

4.更换不同电容,重复实验
9.jpg

[font=宋体][font=宋体][size=10][font=宋体]充电电压为9.991V
10.jpg

直接并联最终电压为5.077V
11.jpg

通过电阻充电,最终电压为5.089V
12.jpg

实验结论:证明了有电阻时电容并联最终电压为初始电压一半,即[font=calibri]U=1/2U[sub]0[/sup] [/font]。并证明该结论与电路中电阻大小无关。

附加材料:科创论坛大版主刘虎的实验[3]

二.两只一样容量的电容(实测相差不到5%
13.jpg

调压电源开到20V
14.jpg

实测电压19.85V
15.jpg

给电容充电,只充一只
14.jpg

停止充电,连接两只电容

16.jpg

此时电压9.49V左右,约为刚才的一半

18.jpg

连接的一瞬间,焊上了
19.jpg
1.       有电感时的情况
电路中可能存在电感,当有电感时,电容通过电感充放电,将构成一个LC电路,发生电磁振荡,产生电磁波,从而逐渐消耗能量。最终达到平衡
2.       没有电阻电感时的情况
原问题中并没有考虑电阻和电感,那么没有电阻电感的理想电路,会发生什么呢?没有电阻没有电感,即电子在导线中运动时,既不受到散射力,也不受到洛伦兹力。电子在其中运动,不会损耗动能。那么很容易得到电容充电的过程:
1.接通瞬间,能量以电子的势能的形式储存在C1上。
2.充电过程中,能量由C1上电子的势能转换为导线中电子的动能,同时导线中电子的动能又转换为C2上电子的势能。
3.充电进程末端,C2的电压为UC1电压为0C1上储存的势能完全转移到C2上,此瞬间过后,C2又开始对C1充电。此后不断重复此过程。(发生震荡)
在这个过程中,系统能量
20.jpg
这就类似于摆。从另外的角度来分析,电容的电压落后于电流90°,当C1 C2电压相等时,系统并没有平衡,相反,此时电路中电流为最大值。假如考虑变化的电场产生变化的磁场,还会有电磁波产生。自此电容并联能量损失问题的猜想就初步成型了。真正想解决这个问题,还要期待数学的定量分析以及进一步的实验。对这个问题的讨论还远远没有结束。

后记:在研究没有电阻电感的情况时,对超导的性质不了解。因为I=U/R,不清楚当R0时,电流大小问题。开始受到初中一道题目的误导,认为电源与超导线连接时,没有电流。后来在了解了一种名为“超导储能”的强有力的技术后,又请教了同济大学教授柯三黄有关超导物理本质后,才对超导有了一定了解。

参考资料:[1]余运佳  超导储能电力应用的新进展 《低温与超导》1995年第02期
          [2]百度文库 超导储能 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/view/XXXXXXXXXXm
          [3]科创论坛 https://www.kechuang.org/t/38708
[/sub][/font][/size][/font][/font][/font][/font][/size][/font][/size]





此帖是帮kewei-9900坛友转出来的,方便大家读帖。

原帖地址https://www.kechuang.org/t/40527

[size=10][font=宋体][size=10][font=宋体][font=宋体][font=宋体][font=宋体][size=10][font=宋体][sub]加分请去那边~




[/font][/size][/font][/font][/font][/font][/size][/font][/size][/sup] 17.jpg
+10
科创币
coulson21
2012-02-08
感激不尽
+100
科创币
虎哥
2012-02-11
辛苦啦
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kcltxinshou
12年3个月前 IP:未同步
365617
回 5楼(焓熵`) 的帖子
倒数第三幅图中,说“接通一瞬间,焊上了”是什么意思?
是因为放电使接触点温度剧增而焊上的吗?我也遇到过类似的问题。
那么,这些能量算不算损失?
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2010/05/15注册,6时49分前活动

USTC major in Phy

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