Warum wird Energie von der Batterie absorbiert, wenn die Platten eines Parallelplattenkondensators auseinandergezogen werden?

Warum ist diese Energie$U$von der Batterie absorbiert? Warum sollte sie nicht wie beim Laden eines Kondensators als thermische Energie (Wärme) freigesetzt werden?

Die Antwort ist, dass Ihre Analyse keinen Widerstand im Stromkreis hat.

Angenommen, die Anfangsladung auf dem Kondensator ist$Q$, die Endladung auf dem Kondensator ist$\dfrac Q2$und die EMK der Batterie ist$V$.
Sie haben die Arbeit herausgearbeitet, die beim Senden von Ladung durch die Batterie während des Trennvorgangs geleistet wird$\dfrac Q2 V = U$und es gibt eine ausgeglichene Energiegleichung.

Wenn es eine Widerstandskomponente in der Schaltung gibt, nehmen Sie an, dass während der Trennung der Plattenphase die Potentialdifferenz über dem Widerstandsteil ist$v$.
Dies bedeutet, dass die gesamte Potentialdifferenz zwischen der Batterie und dem ohmschen Teil des Stromkreises ist$V+v$.

Während die Platten des Kondensators getrennt werden$V+v$muss auch die Potentialdifferenz über den Platten des Kondensators sein.
Dies bedeutet, dass die Kraft zwischen den Platten des Kondensators, die von der Potentialdifferenz über den Platten abhängt, erhöht wird, was wiederum bedeutet, dass mehr externe Arbeit zum Trennen der Platten geleistet werden muss.

Diese zusätzliche Arbeit, die durch die äußere Kraft beim Trennen der Platten verrichtet wird, ist die Quelle der Wärme, die vom Widerstandsteil der Schaltung abgeführt wird.

Wenn die Platten eines Parallelplattenkondensators auseinander gezogen werden, während die Batterie angeschlossen bleibt, bleibt die Potentialdifferenz zwischen den Platten gleich der der EMF der Batterie, da die Platten durch leitende Drähte mit den Anschlüssen der Batterie verbunden sind. Der Akku wird während dieses Vorgangs aufgeladen. Wenn kein Widerstand im Stromkreis vorhanden ist, wird keine Wärme freigesetzt, aber bei Vorhandensein eines Widerstands wird eine gewisse Menge Wärme freigesetzt, wie in der obigen Antwort erörtert.

Konzentrieren wir uns nun auf die Frage „ Warum nimmt die Batterie überhaupt Energie auf? “. Wenn die Platten des Kondensators auseinandergezogen werden, sinkt seine Kapazität oder die Fähigkeit, Ladung zu speichern, und somit verringert sich die Ladungsgröße auf beiden Platten. Wenn wir also den Abstand zwischen den Platten allmählich vergrößern, wandert überschüssige Ladung auf einer Platte langsam durch die Batterie zur anderen Platte, wie unten angegeben:

Es ist ersichtlich, dass Elektronen vom Minuspol der Batterie zu ihrem Pluspol gelangen. Normalerweise wird eine Batterie entladen, wenn sich Elektronen vom Pluspol zum Minuspol bewegen. Und hier ist der Fall umgekehrt, und da Elektronen vom Minus- zum Pluspol gehen, wird die Batterie aufgeladen. Wenn die Platten langsam gezogen werden, erhöht sich die in der Batterie gespeicherte Energie als Ursache für die Abnahme der im elektrischen Feld gespeicherten Energie und der von dem externen Mittel geleisteten Arbeit. Auch die Elektronen bewegen sich sehr langsam. Beim Laden eines Kondensators gewinnen die Elektronen dabei an Geschwindigkeit und Energie geht als Wärme verloren, da die Schwingungen des Elektronenflusses gedämpft werden, wie in dieser Antwort beschrieben .

Insgesamt gibt die folgende Gleichung eine gute Vorstellung davon, wie Energie gespeichert wird und wie viel davon (in Klammern) in dem in der Frage beschriebenen Prozess gespeichert wird: