Un condensateur de 3 µF chargé à 100 V est connecté à travers un condensateur de 6 µF non chargé. Ainsi, l'énergie stockée initiale est: 15mJ et la finale: 5mJ. Qu'arrive-t-il aux 10 mJ d'énergie?
Un condensateur de 3 µF chargé à 100 V est connecté à travers un condensateur de 6 µF non chargé. Ainsi, l'énergie stockée initiale est: 15mJ et la finale: 5mJ. Qu'arrive-t-il aux 10 mJ d'énergie?
Il se dissipe dans la résistance non nulle des fils de connexion. Vous pouvez calculer que la dissipation ne dépend pas de la résistance réelle, donc la réduire n'aide pas.
lié: énergie dans les condensateurs (il doit y en avoir plus mais je ne peux pas les trouver)
Comme l'a déjà dit Wounter van Ooijen, c'est une question de résistance parasitaire, qui est toujours présente. La preuve:
EDIT: Même si les réponses fournies doivent satisfaire n'importe quel ingénieur sur cette planète (blague), il semble que le cas des fils à résistance nulle soit toujours en cours considéré comme un scénario de violation possible de la conservation de l'énergie (blague).
En fait, une réponse complète à cette question doit aborder le cas de la résistivité nulle car tout le monde a entendu parler des supraconducteurs . Eh bien, il s'avère que les mêmes questions ont déjà été posées au forum de physique. L'une des meilleures réponses peut être trouvée ici.
Ce problème est un classique et il fournit un merveilleux exemple des limites de la théorie des circuits idéaux.
Il y a trois hypothèses sous-jacentes à la théorie des circuits idéaux et l'une de ces hypothèses est, essentiellement, d'ignorer le soi -inductance du circuit.
Mais tout circuit (chemin fermé) a une inductance. Ainsi, même si nous gardons l'idéalisation du fil à résistance nulle et des condensateurs idéaux, nous ne pouvons pas échapper à l'inductance fondamentale du circuit (à moins que nous ne réduisions le circuit à une taille nulle).
Une analyse minutieuse montrera que, même si la résistance est nulle (ou effectivement) de sorte qu'il n'y a pas de perte résistive effective, il y a de l'énergie "perdue" dans le champ électromagnétique; l'énergie "perdue" est rayonnée sous forme de rayonnement électromagnétique.
Une dérivation détaillée peut être trouvée dans Un paradoxe de condensateur.
L'intuition nous dirait que si nous pouvions d'une manière ou d'une autre connecter les condensateurs avec une résistance nulle, l'énergie serait conservée. Mais c'est faux. Notre intuition vient du fait que généralement la puissance diminue lorsque la résistance s'approche de zéro. Par exemple:
simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab
$$ P = 1A \ cdot V \\ V = 1A \ cdot R $$
Par conséquent, comme \ $ R \ à 0 \ Omega \ $, alors \ $ V \ à0V \ $. Clairement, \ $ 1A \ cdot 0V = 0W \ $, donc nous pouvons dire:
$$ \ lim_ {R \ to 0} (1A) ^ 2R = 0W $$
C'est le cas habituel car bien que les circuits que nous fabriquons ne soient pas que des sources de courant, ils ont une certaine résistance quelque part qui limite le courant. Ainsi, nous avons l'habitude de penser minimiser la résistance involontaire pour minimiser les pertes .
Autre exemple:
$$ P = 1V \ cdot I \\ I = 1V / R $$
Par conséquent, comme \ $ R \ à 0 \ Omega \ $, alors \ $ I \ $ devient plus grand, puis vous atteignez une division par zéro. Par conséquent, nous ne pouvons pas évaluer la limite:
$$ \ lim_ {R \ to 0} \ frac {(1V) ^ 2} {R} $$
Maintenant, considérez qu'à l'instant où vous connectez les condensateurs, ils ressemblent à des sources de tension, et vous pouvez voir qu'il n'est pas possible de connecter même des condensateurs idéaux avec des conducteurs idéaux. Même si vous les connectez avec des résistances très petites , le courant monte, les pertes \ $ I ^ 2R \ $ passent par le toit, et vous n'êtes pas mieux lotis que de les avoir connectés avec une grande résistance. Il doit nécessairement y avoir une sorte d'impédance entre les condensateurs pour que ce circuit soit mathématiquement cohérent: si ce n'est pas une résistance, alors peut-être une inductance.
Cette réponse est plus ou moins une exploration plus approfondie du transfert d'énergie. Court-circuiter un condensateur à un autre est bien sûr un non-sens si vous voulez économiser de l'énergie. Cela a déjà été prouvé dans les réponses, donc je ne m'attarderai pas là-dessus à part de dire "vous ne vous attendriez pas à ce qu'un convertisseur de tension abaisseur fonctionne sans inductance". Eh bien, sérieusement, vous ne le feriez pas, pourquoi quelqu'un (y compris moi) pourrait-il être assez stupide LOL.
L'énergie de C1 peut être transférée vers C2 sans résistance et cela dépend bien sûr de l'inductance de les fils. Si une inductance sans perte connectait C1 à C2, l'énergie serait conservée et resterait osciller à jamais entre les deux condensateurs et l'inductance. Mais je pensais que ce ne serait pas cool s'il pouvait atteindre un état d'équilibre. Donc, j'ai pensé que s'il y avait une résistance de câble - les oscillations s'éteindraient MAIS l'énergie de 10mJ est toujours perdue dans la dissipation thermique de la résistance. Ensuite, j'ai pensé à ceci: -
Il s'avère qu'avec une diode parfaite et aucune perte, vous pouvez réussir à prendre toute l'énergie du capuchon gauche et à la mettre la bonne casquette. 15mJ est transféré avec succès d'un capuchon 3uF à un autre capuchon 3uF et les tensions se stabilisent. Les pertes de diode perdront environ 2 mJ si elles sont prises en compte.
Plus à suivre.
Je ne suis probablement pas assez habile pour dire quelque chose d'intéressant (je ne suis pas un ingénieur en électronique, seulement un passionné d'électronique) mais j'ai dû surmonter le problème de transfert d'énergie grâce aux condensateurs dans le passé et j'ai "partiellement" trouvé une solution (testée dans mon petit laboratoire).
L'idée est similaire à celle schématisée par Andy Aka mais, au lieu d'un simple inducteur, j'ai utilisé un inducteur complémentaire et, au lieu d'une simple diode, j'ai utilisé un Schottky (pour exploiter l'effet d'avalanche): j'ai découvert qu'avec ces deux composants mis en série, j'étais capable de transférer les 65-70% de l'énergie du condensateur chargé vers le vide.
Je pense que la quantité / pourcentage d'énergie transférée pourrait dépendre de la fréquence de résonance: je n'avais ni temps ni ressources pour tester toutes les harmoniques possibles de cette résonance, donc une enquête plus approfondie est nécessaire.
Si quelqu'un trouvé des solutions appréciables à ce problème, merci de me contacter: fabrizioricciarelli@gmail.com
Acclamations
Devesh