Ist der 50-prozentige Energieverlust beim Aufladen einer Kappe aus einer Batterie eine in Stein gemeißelte Regel? [Duplikat]

Diese Frage ist ähnlich wie Ein Kondensator speichert die Hälfte der Energie, wenn er jedes Mal von einer Batterie geladen wird?
(Und nein, es ist kein Duplikat, es unterscheidet sich darin, dass es klarer gemacht wurde.)

Was ursprünglich als eine extrem einfache Frage angesehen wurde, wurde nicht richtig verstanden. Es wurde also noch einmal umformuliert, um noch spezifischer zu sein. Also keine doppelte Frage.

Es versteht sich, dass ein Kondensator mit 0J und 0V darin beginnt. Als nächstes wird der Schalter geschlossen, um die Batterie mit dem Kondensator zu verbinden, um ihn auf genau denselben Spannungspegel wie die Batterie aufzuladen.

Im Kondensator sind jetzt 7,2 Millijoule Energie gespeichert.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich beziehe mich nur auf den vorgestellten Schaltplan, der genau so funktioniert, wie der Schaltplan es darstellt. Dies ist eine reale Schaltung, die auf der Werkbank erstellt wird. Es hat Verluste aufgrund des Widerstands in den Drähten, dem Kondensator, der Batterie und dem Schalter.

Es ist nicht verlustfrei und daher nicht perfekt, es gibt Verluste, wie oben erwähnt.

Die Hälfte der Energie geht bei der Arbeit verloren, um die andere Hälfte in den Kondensator zu übertragen. Mit anderen Worten, die Menge an Arbeit, die benötigt wird, um die Hälfte der Energie in den Kondensator zu übertragen, ist genau gleich der Menge an Energie, die im Kondensator gespeichert ist. Dies ist eine bekannte Tatsache des Lebens und der Elektronik.

Mit anderen Worten, wenn 2 Joule Energie aus einer Batterie kommen, dann würde nur 1 dieser Joule in den Kondensator gelangen.

Was ich frage, ist: Wenn Sie einen Kondensator aus einer Batterie laden, sind diese 50% Energieverlust und 50% gespeicherte Energie im Kondensator eine in Stein gemeißelte Regel?

Ich beziehe mich nur auf diese genaue Schaltung oder jede andere ähnliche Schaltung mit unterschiedlichen Kapazitäten oder unterschiedlichen Batteriespannungen mit genau dem gleichen Vorgang des einfachen Schließens des Schalters nur einmal.

Ich beziehe mich nicht auf Rampenladung, Stufenladung oder irgendeine andere Art von Ladung. Es sind keine anderen Komponenten beteiligt oder in die Schaltung eingefügt. Nur ein einfaches Schließen eines Schalters, um die Batterie nur mit dem Kondensator zu verbinden .

Ich weiß, dass dies eine andere Frage ist, aber sie steht in direktem Zusammenhang mit der ersten Frage. Ich möchte sie nicht in einer anderen Frage stellen und riskiere, eine doppelte Frage zu haben, was sie sowieso nicht sollte.

Andere Frage: Wenn der Energieverlust von 50% zum Übertragen der anderen 50% Energie eine in Stein gemeißelte Regel ist, welche Spannung müsste der Kondensator dann haben, um die Energie im Kondensator zu verdoppeln, um sie auf 100% zu bringen? ?

Mit anderen Worten, welche Spannung sollte der Kondensator haben, wenn er 14,4 mJ Energie enthält, was das Doppelte oder Doppelte der 50% sein sollte, wenn ich das überhaupt richtig verstehe.

Es sollte nicht geschlussfolgert werden, dass ich impliziere, dass der Kondensator 100% der von der Batterie übertragenen Energie aufnehmen kann, da dies mit der gegebenen Schaltung völlig unmöglich und absurd ist, sondern nur frage, welche Spannung der Kondensator in Ordnung haben müsste die 50 % der übertragenen Energie zu verdoppeln?

Wenden Sie die Antworten an, die Sie erhalten haben - insbesondere den gründlichen Beweis.
Ich denke, die Antwort auf die ursprüngliche Frage ist gut, oder?
Die Antwort auf "andere Frage" lautet 17 V (12 V * sqrt (2)).
Erstellen Sie keine neue Frage, sondern bearbeiten/schreiben Sie sie neu/fügen Sie sie dem Original hinzu.
Der Verlust wäre immer noch vorhanden, wenn dies zwei gleichwertige Kondensatoren wären, einer geladen und einer entladen, und die Drähte zwischen ihnen verlustfreie Supraleiter wären. Schalter geschlossen bedeutet Dirac-Impuls. Die Fourier-Transformation besagt, dass Strahlung über alle Frequenzen von infinitesimal niedriger, aber von Null verschiedener Einheitsenergie pro Hz reicht. Integrieren Sie und Sie würden die fehlende Energie berechnen. Holen Sie sich ein Bolometer und Sie würden die verlorene Energie finden.
Die Geschichte wiederholt sich mit diesem Typen... VTC.
@Winny - Es ist nicht Geschichte, da ich in der Realität Antworten finde, die in keiner Weise mit einer Antwort übereinstimmen, die bisher für eine reale Rennstrecke präsentiert wurde. Warum öffnen Sie nicht einfach Ihren Geist ein wenig mehr, bevor Sie die in Stein gemeißelten Regeln von kommentieren ? Elektronik und Physik und Websites.
Lehrbücher haben keine Parasiten, Ihre reale Welt schon. Wie auch immer, das ist ein Meta-Problem. Sie halten sich nicht an die Regeln und Richtlinien für EE.SE.
Erstellen Sie keine neue Frage, wenn Sie eine vorhandene vermasseln. Reparieren Sie stattdessen das vorhandene.
@ Winny - Ok, Sie müssen aufhören, jede Frage als doppelte Frage zu kennzeichnen, wenn es absolut keine doppelte Frage ist. Und ich hätte gerne eine englische Übersetzung für eine Meta-Ausgabe . Ich habe keine Ahnung, was das ist, und ich nehme an, ich muss ein Genie sein, um zu verstehen, was das richtig ist? Es ist eine einfache Frage.
@Olin Lathrop - Zu spät, ich habe die Frage bereits erneut gestellt, aber es ist nicht dieselbe. Ich sehe nicht, wie ich eine Frage beheben soll, in die bereits Zeit von anderen investiert wurde, ich würde sie ganz löschen, aber sie lässt mich nicht. Ziemlich lahm, wenn du mich fragst, aber das warst du nicht, also spielt es keine Rolle.
Bei beiden Fragen wurde ziemlich deutlich gemacht, dass dies keine theoretische Schaltung ist, die mit Supraleitern oder was auch immer verlustfrei ist, sondern eine reale Schaltung mit Verlusten, was ich wiederum klargestellt habe. Es ist eine 3-Komponenten-Schaltung und ich bin entsetzt, dass die Frage nicht verstanden wurde. Bisher gab es nur eine realistische Antwort, die meine Frage für mich tatsächlich gelöst hat, ich denke, sie sollte ein Vorbild für den Rest von Ihnen sein. Also studiere es.
@Mark: " Ich bin entsetzt, dass die Frage nicht verstanden wurde. " Wenn ich eine Frage gestellt und festgestellt habe, dass viele Fachleser sie nicht verstehen konnten, würde ich meine Fähigkeit in Frage stellen, die Frage klar auszudrücken.
@ Transistor - Dann formuliere es besser als ich. Bis dahin würde ich wirklich nichts mehr sagen.
Dies ist absolut ein Duplikat, weil Sie versuchen, dasselbe zu fragen, was Sie in der letzten Frage zu fragen versucht haben. Fragen können bearbeitet werden.
Nein, du verstehst es überhaupt nicht. Die Leute hier verstehen einfache Fragen nicht, weil sie wohl zu einfach sind. Sicher, ich könnte die Frage bearbeiten, aber sie wurde bereits mit anderen Kommentaren und Antworten ruiniert, die bereits in die Frage investiert wurden. Wie auch immer, ich habe bereits versucht zu erklären, was der Unterschied ist, und sie kümmern sich nicht darum und behaupten, es sei sowieso ein Duplikat. Das hatte meinen Ruf ruiniert, und es war die einfachste Frage der Welt. Diese Frage wurde klarer gestellt und daher viel besser und verständlicher beantwortet.

Antworten (1)

Die Spannung in einem solchen Kondensator ist also das Integral des Stroms über die Zeit ( v = v 0 + 1 / C ∗ ∫ 0 T ICH D T ).

Sofort sehen wir das Problem. Die perfekte Spannungsquelle erzwingt eine Spannung von 12 V über dem Kondensator. In der Zwischenzeit zwingt der ideale Kondensator die Spannung auf 0 V und beginnt mit der Integration des Stroms, der durch ihn fließt. Die Spannung kann nicht gleichzeitig 0 V und 12 V betragen.

Batteriewiderstand zur Rettung! Die Schaltung hat einen Widerstand. Tatsächlich ist ein guter Teil davon der Widerstand der Batterie. Wir haben also wirklich eine Spannungsquelle, einen Widerstand und einen Kondensator.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das ist überschaubarer. Wenn Sie den Schalter umlegen, beträgt die Spannung am Kondensator 0, die Spannung am Widerstand 12 V und alles ist in Ordnung. Bei t=0 fließen 100 % der Leistung durch den Widerstand. Das heißt, es fließt Strom und der Kondensator kann sich aufladen. Dadurch erhöht sich die Spannung des Kondensators gemäß folgender Gleichung :

v = v S ( 1 + e − T R C )

Dabei ist V_s die Quellenspannung (12 V), t die Zeit, R der Widerstand (der parasitären Elemente wie der Batterie) und C die Kapazität des Kondensators.

Jetzt können wir den Strom finden. Da fließt der ganze Strom durch den Widerstand, und der Widerstand hat ( v S − v ) Volt darüber ist der Strom zu jedem Zeitpunkt v S − v R .

Jetzt können wir uns die Verlustleistung im Widerstand ansehen: ( v S − v ) 2 / R . Wenn wir dies im Laufe der Zeit integrieren, erhalten wir

∫ 0 T v S − v S ( 1 + e − T R C ) ) 2 R D T
= ∫ 0 T v S 2 R e − T R C D T
[ 1 2 v S 2 C e X P ( − 2 T / R C ) ] 0 T
1 2 v S 2 C e X P ( − 2 T / R C ) − 1 2 v S 2 C

Jetzt interessieren wir uns für "vollständig aufgeladen", was wir erhalten, wenn sich T der Unendlichkeit nähert. In diesem Fall entfällt der erste Term komplett (weil lim X → ∞ e − X = 0 ). Die über den Widerstand verlorene Endenergie ist 1 2 v S 2 C .

Wenn der Kondensator nun vollständig aufgeladen ist, wird seine gespeicherte Energie nur durch die momentane Spannung am Kondensator definiert. 1 2 C v 2 . Beachten Sie, wann v = v S (dh vollständig aufgeladen) ist diese im Kondensator gespeicherte Energie genau gleich der Energie, die durch den Widerstand verloren geht.

Dies zeigt, dass Sie, wenn Sie einen Kondensator nur mit einer echten Spannungsquelle (z. B. einer Batterie) aufladen, 50% der Energie (an Wärme) verlieren müssen.

Verwenden Sie \$Tag zum Starten und Beenden von Inline-MathJAX und $$für die ganze Zeile.
@Transistor Danke! Das ist so viel zugänglicher! Ich wusste nicht, dass der Backslash benötigt wird.
Ein weiterer Trick besteht darin, 's', 'm' oder 'l' (klein, mittel, groß) vor das .jpg für das Inline-Bild oder den Schaltplan zu setzen. Es beseitigt den "Schaltplan für Blinde"-Blick auf Schaltpläne mit nur wenigen Komponenten. '...m.jpg' wäre für Ihre geeignet.
Ich mag Ihre Antwort, aber ein bisschen zu viel Quanterion für Neulinge, die nach direkten und direkten Antworten fragen. Ich sage nicht, dass es Quanterion oder quadratisch ist, aber es kann denen so erscheinen, die gerade erst anfangen zu lernen und denen solche Formeln nicht glasig werden. Unabhängig davon akzeptiere ich diese Antwort, da die endgültige Antwort, die benötigt wurde, ganz am Ende enthalten war, wo Sie 50% der Energie verlieren müssen .
Eigentlich wäre es schön, die letzte Hälfte dieser Frage zu beantworten. Wie groß müsste die Spannung am Kondensator sein, damit der Kondensator die doppelte Energie von 7,2 mJ hat, was 14,4 mJ Energie entspricht? 16,9703 V?
@MarcStriebeck Das scheint eine sehr einfache Berechnung zu sein. Die Energie ist proportional zum Quadrat der Spannung, also bedeutet das Verdoppeln der Energie, dass wir die Spannung um sqrt(2) erhöhen müssen, also hätten Sie Recht: 16,97 V.
@Cort Ammon - Wieder eine sehr spezifische Antwort auf eine sehr spezifische Frage. Sehr geschätzt! Ok, ich sehe jetzt, wie die Berechnung zustande gekommen ist. Machen Sie den Kondensator also im Grunde genommen auf 16,97 V. Danke schön!
@MarcStriebeck Wenn Sie "100 % der Energie" sagen, ist die Frage "100 % von was?" In jeder Ladeschaltung wie dieser treten Verluste auf. Wenn Sie den Kondensator mit einer einfachen Schaltung wie dieser "voll" aufladen, wird immer die Hälfte der Energie verschwendet, die die Batterie abgibt.
Das würde davon abhängen, wie es dort angekommen ist. Das ist doch sicher die Botschaft der Integrale? Ein Kondensator bei 17 V würde sich in die Batterie entladen .
Nehmen wir an, die Batterie hat die Batterie mit 100% der Energie aufgeladen, von der ich weiß, dass sie völlig absurd ist und niemals passieren wird, da es unmöglich ist, würde die Spannung im Kondensator tatsächlich 16,97 V betragen? Würden Sie zustimmen, dass die Spannung tatsächlich so sein müsste? Ups, Entschuldigung, ich habe nicht bemerkt, dass es eine Antwort gibt, bevor ich das gepostet habe. Ich habe es in der vorherigen Antwort gelöscht. Dies ist die eigentliche Antwort.
Ein einfaches Ja oder Nein wäre in Ordnung. Keine Notwendigkeit für Erklärungen, wie unmöglich es ist, ich habe bereits gesagt, dass es erkannt wird, dass es unmöglich ist. Im Grunde frage ich mich jetzt: Würden die 50 % bei Verdoppelung der Energie 100 % entsprechen?
Ich weiß, es scheint sich zu wiederholen, es ist mir nicht wirklich wichtig, weil ich das wissen muss, um etwas ganz anderes zu untermauern, und es ist gut für alle Beteiligten, also, wenn nicht, ist das in Ordnung, ich denke, ich habe genug Antworten, um für mich selbst zu bestätigen, was es ist das, was ich wirklich sehe, in Wirklichkeit.
@MarcStriebeck Wenn eine Batterie einen Kondensator auf 14,4 mJ auflädt, beträgt seine Spannung 16,97 V, unabhängig davon, wie Sie Ihr Geschäft betrieben haben. Welche Verhältnisse Sie nehmen möchten, um Ihre Prozentsätze zu bilden, ist Ihnen überlassen. Schwierig wird es bei der Beantwortung von Fragen in Form von „Können Sie mir neben den Gesetzen der Elektrotechnik eine Antwort auf dieses elektrotechnische Problem geben?“.
Es erinnert mich ein bisschen an das Problem, das sie mit Quantenmechanik und Relativitätstheorie hatten. Sie hatten eine Reihe von "Selbstinteraktionsbedingungen", die bis ins Unendliche gingen. Sie konnten argumentieren, dass die Größe jedes Terms schnell genug abnahm, dass sie die Gleichungen einfach „normalisieren“ konnten, um die unendliche Summe loszuwerden. Als sie dann versuchten, es mit der Relativitätstheorie anzupassen, unterbrach die Veränderung der Form der Raumzeit diesen Normalisierungsprozess und führte zu einem Modell, das vorhersagte, dass alle Teilchen unendliche Energie haben. Kein einziger Physiker ging den Weg ein, "was wäre, wenn alles tatsächlich unendliche Energie hätte"
Stattdessen gingen sie alle den Weg ein: „Nun, dieses Modell passt nicht zur Realität, also hören wir auf zu versuchen, die Zahlen in diesem Modell zu verstehen. Stattdessen konzentrieren wir uns darauf, neue Modelle zu entwickeln, die die Realität besser repräsentieren passend."
@Corb & Ammon: Nun, es ist nicht wirklich so schwierig, glauben Sie mir. Ich sage nicht, dass eine Batterie 100% in einen Kondensator übertragen kann, und dies ist sicherlich nicht der Grund, eine solche Frage zu stellen, insbesondere wenn es sich bei der Frage lediglich um eine Ja- oder Nein-Frage handelt, bei der die halbe Energie multipliziert mit dem Ganzen ergibt. oder 100%. Die Gesetze der Elektrotechnik wurden nicht ignoriert, um eine einfache Frage zu stellen, die keine 100%ige Energieübertragung erfordert, seien Sie also versichert. Obwohl ich sagen kann, dass ich einige ziemlich überraschende Dinge gesehen habe, die nicht wirklich zu dem passen, was hier heute gesagt wurde.
Als mathematisch wahre Aussage: "Wenn eine Größe X 50 % von Y ist, dann ist 2X 100 % von Y." Diese Aussage kann gemacht werden. Meine Sorge ist, dass diese Aussage zu offensichtlich ist, und ich mache mir Sorgen, dass Sie versuchen könnten, "Wenn eine Menge X 50% von Y1 ist, dann ist 2X 100% von Y2" wegzunehmen, was nur wahr ist, wenn Y1=Y2
@Cort Ammon: Y1 ist nicht gleich Y2. Ignorieren Sie einfach alles außer der Aussage, die zu offensichtlich ist. Es gibt nur eine Frage, alles außerhalb dieser Frage spielt keine Rolle. 50 % x 2 = 100 % ist alles, worum es geht.
Ist der 50-prozentige Energieverlust beim Aufladen einer Kappe aus einer Batterie eine in Stein gemeißelte Regel? [Duplikat]
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v