分析电容器电路中的能量损耗
我们经常遇到有两个电容器的情况,其中一个充电到某个电压水平,另一个充电到某个较低的电压水平,为了讨论的目的,我们将说这意味着放电到零伏。然后,我们关闭连接的一些开关,如 图1.
图1 将两个电容器切换在一起的电路图,其中t = 0时的电压对于C1为Va,对于C2为0。然后关闭开关,随着时间移动到无穷大,C1和C2都将充电至电压Vb。 约翰·邓恩
如果我们等到时间的尽头,两个电容器的电压最终将变得相等。另一方面,如果我们只等待一些合理的时间,在我们的个人寿命中,两个电容器的电压将非常接近彼此。该过程似乎需要多长时间将取决于电路的时间常数,而时间常数本身将是与“R”的电阻值成正比的值。
在所描述的过程中会有一些能量损失,我们可以通过两种方式进行检查,首先是通过电荷守恒(图2),然后通过微积分(图3).
图2 首先分析电荷守恒,其中能量损失是代数计算的。
图3 第二次分析产生与第一次相同的结果,并且使用微积分完成,其中总能量损失相当于电阻能量,最终由电阻的功率得出。
有人可能会注意到的半明显的难题是,在电路中存在能量损失,其中如果R的值变为零,但仍存在非零能量损失。因此,损失的能量去哪儿了?
有人曾经向我建议,R = 0的能量损失是通过电磁能量脉冲的神奇辐射产生的。对这个想法说“不”。两个能量损失分析产生相同的结果,即给定无限时间,能量损失是所示的数量,并且 不变量 关于电阻值,R.
如果我们允许R趋于零,能量损失保持不变,但它发生得更快,这意味着事件的功率水平上升,走向无穷大,因为事件的持续时间缩小,而R走向零。通过所有这些,能量损失保持不变(图4).
图4 对最终揭示的真相的陈述。
约翰·邓恩 是一名电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
责任编辑:David
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