Задачки по электротехнике

[мастер_лукьянов]

Или, более красиво оформлено:
Имеется конденсатор переменной емкости (с воздушным диэлектриком от старого приемника) . Заряжаем его. И поворачиваем ручку, увеличивая емкость. Напряжение на нем уменьшится, как показали раньше. Энергия тоже уменьшится, потратившись то ли на нагрев то ли на перераспределение, не важно. Крутанем ручку в другую сторону, вернем в первоначальное положение. Что произойдет?

[cross-track]

dmdimon пишет:
а что будет с бочками, наполненными сверхтекучим гелием?

Я понимаю, что Вы говорите о схеме, когда нет диссипации энергии. Можно привести много таких схем, и попроще, без  сверхтекучего гелия. Например, роняем с некоторой высоты абсолютно упругий шарик, котороый не теряет свою энергию при упругих отражениях от пола, и не  теряет свою энергию в полете. Тогда такой шарик будет вечно скакать, регулярно обменивая свою потенциальную энергию на кинетическую. Однако в случае конденсаторов без индуктивности (которая обеспечивает хранение "кинетической энергии тока") колебаний в установившемся режиме не будет, и весь избыток потенциальной энергии должен перейти в другие формы энергии - в тепло, в излучение, в искровой разряд и т.п. Если вернуться к аналогии с шариком, падающем с некоторой высоты, то этот шарик может упасть в песок, где застывает неподвижно, а неупругость удара обеспечивается сбросом механической энергии шарика в нагрев песка и окружающей среды. Мы же не удивляемся, что только в результате неупругого взаимодействия шарик прекращает свои подскоки, а вот в случае конденсаторов совершенно та же ситуация почему-то вызывает удивление 

[cross-track]

dmdimon пишет:
уточнюсь - процесс у нас там будет типа колебательный незатухающий. но мы можем вместо связывания двух бочек просто увеличить площадь одной вдвое, плавненько, чтобы колебаний не возникло. уровень упадет вдвое при отсутствующем внутреннем трении, колебаний не будет. Куда денется энергия?

Колебания будут, просто они со временм "рассосутся", вызвав небольшое повышение температуры. Думаю, что Вы поставили смайлик в знак согласия 

[cross-track]

dmdimon пишет:
А в приложении к конденсатору - давайте сделаем плоский конденсатор с электродами из проводящей резины, разделенными обычной резиной. Потом зарядим его до напряжения 1 вольт. А потом резину растянем до увеличения площади конденсатора вдвое (утоньшение проигнорируем для простоты и наглядности). Емкость возрастет вдвое, напряжение упадет вдвое, энергия упадет вдвое. При этом перемещения заряда в материале вообще не будет при соблюдении малой скорости растяжения. Куда денется энергия?


хе-хе )

Можно сделать проще - рассмотреть заряженный переменный конденсатор с множеством пластин, которые сдвигаются друг относительно друга. Там тот же вопрос 

[Yura_L.]

мастер_лукьянов пишет:
Или, более красиво оформлено:
Имеется конденсатор переменной емкости (с воздушным диэлектриком от старого приемника) . Заряжаем его. И поворачиваем ручку, увеличивая емкость. Напряжение на нем уменьшится, как показали раньше. Энергия тоже уменьшится, потратившись то ли на нагрев то ли на перераспределение, не важно. Крутанем ручку в другую сторону, вернем в первоначальное положение. Что произойдет?

Если крутить ручку, увеличивая емкость, то будет уменьшаться напряжение и выделяться энергия, а если крутить в другую сторону, то напряжение будет возрастать и потребуется дополнительное усилие на повышение энергии конденсатора. Это дополнительное усилие обусловлено движением заряда против электрического поля (тут уж прямой аналог электрофорной машины).
Короче, при увеличении емкости заряды в конденсаторе движутся вдоль электрического поля и это поле помогает этим зарядам, а при уменьшении емкости - заряды движутся против поля, и требуется дополнительная энергия. И каким бы способом емкость не меняется, всегда можно найти движение зарядов. Энергия выделяется или поглощается именно при движении зарядов в электрическом поле, а уж куда или откуда она появляется или тратится - дело второе. Была бы энергия, а куда ее деть - всегда найдется.

[dmdimon]

cross-track пишет:

dmdimon пишет:
А в приложении к конденсатору - давайте сделаем плоский конденсатор с электродами из проводящей резины, разделенными обычной резиной. Потом зарядим его до напряжения 1 вольт. А потом резину растянем до увеличения площади конденсатора вдвое (утоньшение проигнорируем для простоты и наглядности). Емкость возрастет вдвое, напряжение упадет вдвое, энергия упадет вдвое. При этом перемещения заряда в материале вообще не будет при соблюдении малой скорости растяжения. Куда денется энергия?


хе-хе )

Можно сделать проще - рассмотреть заряженный переменный конденсатор с множеством пластин, которые сдвигаются друг относительно друга. Там тот же вопрос  

не-не, в переменном конденсаторе носители заряда будут перераспределяться внутри пластин при повороте. Движение носителей заряда в материале - энергия уходит в тепло. А вот в резиновом мы резинки растянем вместе с носителями заряда, они как при зарядке кондера равномерно распределились, так равномерно распределенными в процессе растяжения и останутся. Двигаться они при этом (вместе с материалом) будут поперек градиента электростатического поля, т.е. работа совершаться не будет. Так куда уйдет энергия? 
Можно предположить что там есть "расталкивающий" компонент для одноименных зарядов вдоль плоскости пластин и работа идет за его счет. Однако если мы возьмем бесконечный резиновый конденсатор то никакого градиента электростатического поля в таком направлении там не будет - то-есть перемещение заряда параллельно этой плоскости не будет производить работу. И кто нам помешает растянуть вдвое бесконечный конденсатор (в рамках мысленного эксперимента)? Куда при этом денется энергия? (конечно же в отсутствии внешних полей и все такое)

[dmdimon]

cross-track пишет:

dmdimon пишет:
уточнюсь - процесс у нас там будет типа колебательный незатухающий. но мы можем вместо связывания двух бочек просто увеличить площадь одной вдвое, плавненько, чтобы колебаний не возникло. уровень упадет вдвое при отсутствующем внутреннем трении, колебаний не будет. Куда денется энергия?    

Колебания будут, просто они со временм "рассосутся", вызвав небольшое повышение температуры. Думаю, что Вы поставили смайлик в знак согласия  

ну в сверхтекучей жидкости куда они рассосутся-то? Имхо как раз в кинетике все и останется - как площадь не меняй - все равно перераспределение жидкости пойдет через движение, при наличии трения все рассосется, при отсутствии - так в кинетике все и останется, хотя движение струй по идее будет дробиться и все равно придет к уровню броуновского, т.е. к повышению температуры. Имхо конечно.
А вообще две бочки - это разновидность маятника

[Настрел]

dmdimon пишет:
 Движение носителей заряда в материале - энергия уходит в тепло. А вот в резиновом мы резинки растянем вместе с носителями заряда, они как при зарядке кондера равномерно распределились, так равномерно распределенными в процессе растяжения и останутся.

Нифига. Носители заряда будут двигаться относительно поля, и будет тратиться энергия. Т.е. резина-то растянется, а поле нет. На растяжение поля и пойдет энергия.

[Настрел]

dmdimon пишет:

cross-track пишет:

dmdimon пишет:
уточнюсь - процесс у нас там будет типа колебательный незатухающий. но мы можем вместо связывания двух бочек просто увеличить площадь одной вдвое, плавненько, чтобы колебаний не возникло. уровень упадет вдвое при отсутствующем внутреннем трении, колебаний не будет. Куда денется энергия?    

Колебания будут, просто они со временм "рассосутся", вызвав небольшое повышение температуры. Думаю, что Вы поставили смайлик в знак согласия    

ну в сверхтекучей жидкости куда они рассосутся-то? Имхо как раз в кинетике все и останется - как площадь не меняй - все равно перераспределение жидкости пойдет через движение, при наличии трения все рассосется, при отсутствии - так в кинетике все и останется, хотя движение струй по идее будет дробиться и все равно придет к уровню броуновского, т.е. к повышению температуры. Имхо конечно.
А вообще две бочки - это разновидность маятника  

Вода опустится. Молекулы верхних слоев разгоняться вниз. Получат кинетическую энергию. Потом тормознуться  о нижние слои или дно. И привет термодинамика.

[мастер_лукьянов]

Немного усложним задачу с конденсатором. Будем разряжать его не на один а одновременно на два такой же емкости. В этом случае мы потеряем уже 2/3 энергии. Почему на перераспределение такого же самого заряда потратилось больше энергии?

[Настрел]

Давайте уже, поступите как мужик, разрядите конденсатор на землю. Че вот это мелочиться?

[мастер_лукьянов]

Sellin пишет:
Давайте уже, поступите как мужик, разрядите конденсатор на землю. Че вот это мелочиться?

Не понял, вы решили заняться выяснением отношений или что это было?

[cross-track]

dmdimon пишет:
А вот в резиновом мы резинки растянем вместе с носителями заряда, они как при зарядке кондера равномерно распределились, так равномерно распределенными в процессе растяжения и останутся. Двигаться они при этом (вместе с материалом) будут поперек градиента электростатического поля, т.е. работа совершаться не будет. Так куда уйдет энергия?
Можно предположить что там есть "расталкивающий" компонент для одноименных зарядов вдоль плоскости пластин и работа идет за его счет. Однако если мы возьмем бесконечный резиновый конденсатор то никакого градиента электростатического поля в таком направлении там не будет - то-есть перемещение заряда параллельно этой плоскости не будет производить работу. И кто нам помешает растянуть вдвое бесконечный конденсатор (в рамках мысленного эксперимента)? Куда при этом денется энергия? (конечно же в отсутствии внешних полей и все такое)
 

Пусть есть два одинаково заряженных заряда на некотором расстоянии Х друг от друга. Если сдвинуть заряды, чтобы расстояние стало 2Х, нужно "съесть" выделевшуюся при этом энергию (электрическое поле "расталкивает" одноименные заряды). Т.е. в этом случае тоже необходима диссипация энергии.
Если вернуться к Вашему резиновому конденсатору, то здесь тоже имеем дело с увеличением расстояния между одноименными зарядами на каждой пластине, так что без диссипации никуда!.. Можно сделать и точный расчет, но возиться с пондеромоторными силами не очень хочется 

[cross-track]

мастер_лукьянов пишет:
Немного усложним задачу с конденсатором. Будем разряжать его не на один а одновременно на два такой же емкости. В этом случае мы потеряем уже 2/3 энергии. Почему на перераспределение такого же самого заряда потратилось больше энергии?

Распределение заряда формирует поле и, соответственно, потенциальную энергию. Это самосогласованная задача. Однако, даже в простейших случаях (без самосогласования) потери энергии зарисят от конфигурации системы. Например, если опустить кирпич с высоты 2 метра на высоту 1 метр, то нужно "съесть" потенциальную энергию кирпича, соответствующей 1 метру. А вот если  опустить кирпич с высоты 2 метра на высоту 0 метров (т.е. положить его на землю), то    нужно "съесть" потенциальную энергию кирпича, соответствующей 2 метрам, т.е. вдвое больше, чем в первом случае.

[dmdimon]

Sellin пишет:Нифига. Носители заряда будут двигаться относительно поля, и будет тратиться энергия.

да ладно, поперек градиента напряженности?

На растяжение поля и пойдет энергия.

ну так я примерно это в самом начале и написал )


А насчет "съесть половину" - так вопрос и стоит о механизме диссипации, а не о самом факте )
давайте плоский кондер свернем в труба, а потом трубу - в тор. получим "бесконечный плоский" в тороидальном пространстве конденсатор. Градиент поля вдоль плоскости отсутствует - т.е. перемещение зарядов в этом направлении не приведет ни к каким изменениям в их энергии. Собственно я спрашивал о механизме диссипации в этом случае )

[мастер_лукьянов]

К задаче Вилка: частью той задачи ИМХО является вот эта:
Левый конденсатор заряжен, правый нет, вторые выводы конденсаторов никуда не подключены. Покажет ли что-нибудь амперметр в момент замыкания ключа?

[dmdimon]

конечно покажет (идеальный амперметр)

[мастер_лукьянов]

Если покажет, то это будет доказательством возможности передачи энергии по одному проводу

[dmdimon]

мастер_лукьянов пишет:

Sellin пишет:
Давайте уже, поступите как мужик, разрядите конденсатор на землю. Че вот это мелочиться?

Не понял, вы решили заняться выяснением отношений или что это было?

это предельный случай просто )

[мастер_лукьянов]

dmdimon пишет:
это предельный случай просто )

 Так и подумал, только смутило какое-то несоответствие информационной части сообщения эмоциональной.