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时间去哪儿了?飞机去哪儿了?能量去哪儿了?脑筋急转弯试题,能量不守恒?发个帖纪念一下。

脑筋急转弯试题,能量不守恒?


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2014-04-13 00:07
楼主,有点意思,睡觉前想想!!
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shtjsd
LV.4
3
2014-04-13 20:19

在闭合开关,电荷重新分配过程中克服外力做功,所以电容中的能量减少了。

跟把一个电容器两极板间距离减少一半一样,是需要克服外力做功的,所以总能量还是守恒的。

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2014-04-14 08:24

研究一下

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2014-04-14 10:22
研究研究
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2014-04-14 10:36
开关合上一瞬间,左边的C相当于短路,产生了不可控的电流尖峰,电荷量不守恒,能量守恒
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2014-04-14 15:35
我晕了,这也算脑筋急转弯
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2014-04-15 10:23
@shtjsd
在闭合开关,电荷重新分配过程中克服外力做功,所以电容中的能量减少了。跟把一个电容器两极板间距离减少一半一样,是需要克服外力做功的,所以总能量还是守恒的。

是的,需要做功,问题是做功只能改变能量的存在方式,从一种能量转换为另一种能量。

那克服外力做的功,是以一种什么样的能量存在呢?

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2014-04-16 13:21
特意仿真了下,电量是守恒的,但是能量损耗了一半。损耗的能量以回路的电阻热能消耗掉了。实际上回路里是有一个看不见的很小的电阻的。如果把这个电阻变成1KOHM就好理解了。
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2014-04-16 14:16
@deep_thought
特意仿真了下,电量是守恒的,但是能量损耗了一半。损耗的能量以回路的电阻热能消耗掉了。实际上回路里是有一个看不见的很小的电阻的。如果把这个电阻变成1KOHM就好理解了。

好呀,用上高级工具了。可是这是个理想的电路,回路中是没有电阻的,也就是电阻为0的。

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glzhao
LV.6
11
2014-04-16 14:21
@deep_thought
特意仿真了下,电量是守恒的,但是能量损耗了一半。损耗的能量以回路的电阻热能消耗掉了。实际上回路里是有一个看不见的很小的电阻的。如果把这个电阻变成1KOHM就好理解了。

佩服佩服

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2014-04-16 14:38
@归去来兮
好呀,用上高级工具了。可是这是个理想的电路,回路中是没有电阻的,也就是电阻为0的。
如果说电阻为0,那么开关合上的瞬间,电流是无穷大,还是可以用求极限的方法计算的。就是说无论任何值的回路电阻(即使趋近于0),能量都只剩一半。
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2014-04-16 14:53
@chenyankun
楼主,有点意思,睡觉前想想!!
电路被你学成了这样,蛮厉害呀。。。佩服佩服。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
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2014-04-16 15:15
@deep_thought
如果说电阻为0,那么开关合上的瞬间,电流是无穷大,还是可以用求极限的方法计算的。就是说无论任何值的回路电阻(即使趋近于0),能量都只剩一半。

很棒,有点意思,但是怎么计算呢?

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2014-04-16 15:34
@归去来兮
很棒,有点意思,但是怎么计算呢?
你画出来的是2个稳态模式,需要假设电路有一个串联电阻为R,然后给出电路的暂态公式,是一个指数关系。也可以用积分求电阻上的能量方式。具体式子,我懒得找书了,很少用到这个,忘了。
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2014-04-16 15:50
@归去来兮
很棒,有点意思,但是怎么计算呢?

想起来一个形象的例子,可以说明这个电路。

2个一样大的圆柱形桶子,左边桶子的水是满的,右边桶子是空的。

左右桶子底部用一根管子连通,管子中间有个阀门。

把阀门打开,一段时间后,左右桶的水一样高了,且是原来高的一半。

但是桶子里的水的总势能只有一半了。水流动过程中,消耗了一半能量。

水量=电量;

电能=势能。

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chenyankun
LV.8
17
2014-04-16 20:41
@deep_thought
想起来一个形象的例子,可以说明这个电路。2个一样大的圆柱形桶子,左边桶子的水是满的,右边桶子是空的。左右桶子底部用一根管子连通,管子中间有个阀门。把阀门打开,一段时间后,左右桶的水一样高了,且是原来高的一半。但是桶子里的水的总势能只有一半了。水流动过程中,消耗了一半能量。水量=电量;电能=势能。
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houran77
LV.6
18
2014-04-17 09:38

左边电容满电电压为U,右边电压为0,并联电荷重新分配之后,U/2电压怎么来的,你随便给的么????还是想当然得出的一个值????

当你认真计算后,这个平衡后的电压值肯定不是U/2.

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2014-04-17 09:52
@deep_thought
想起来一个形象的例子,可以说明这个电路。2个一样大的圆柱形桶子,左边桶子的水是满的,右边桶子是空的。左右桶子底部用一根管子连通,管子中间有个阀门。把阀门打开,一段时间后,左右桶的水一样高了,且是原来高的一半。但是桶子里的水的总势能只有一半了。水流动过程中,消耗了一半能量。水量=电量;电能=势能。

好的,这个比喻可以部分反映该电路的特性。

水量=电量;

电能=势能。

但又不能完全等同,原因如下:

1、因为水是有质量的,有质量的物质就有惯性,相当于在电路中增加了一个惯性环节(电感的特性)。 如果可以认为水没有质量,就一样了,那么水就可以瞬间达到无穷大的速度(在重力的作用下。但没有质量有重力,这又是矛盾的)。

2、水与容器的摩擦力消耗了能量,转换为热量,这也是可以理解的。

 

那么,在我们的问题电路中,如果要计算出另外损失的能量大小是比较容易的,但问题是损失的能量是以哪一种能量形式存在的呢?

 

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2014-04-17 09:55
@houran77
左边电容满电电压为U,右边电压为0,并联电荷重新分配之后,U/2电压怎么来的,你随便给的么????还是想当然得出的一个值????当你认真计算后,这个平衡后的电压值肯定不是U/2.

因为电荷Q没有湮灭,而电容的容量增加了一倍,根据Q=CU,那么电压就是原来的1/2呀。

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houran77
LV.6
21
2014-04-17 10:30
@归去来兮
因为电荷Q没有湮灭,而电容的容量增加了一倍,根据Q=CU,那么电压就是原来的1/2呀。
百度有评论,消失的能量 在电荷转移的过程中,一部分用来发热了,一部分转换成电磁波送走了。
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2014-04-17 11:35
@houran77
百度有评论,消失的能量在电荷转移的过程中,一部分用来发热了,一部分转换成电磁波送走了。

百度中的评论,是各家之言,要辩证的看。

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2014-04-17 16:42
@归去来兮
好的,这个比喻可以部分反映该电路的特性。水量=电量;电能=势能。但又不能完全等同,原因如下:1、因为水是有质量的,有质量的物质就有惯性,相当于在电路中增加了一个惯性环节(电感的特性)。如果可以认为水没有质量,就一样了,那么水就可以瞬间达到无穷大的速度(在重力的作用下。但没有质量有重力,这又是矛盾的)。2、水与容器的摩擦力消耗了能量,转换为热量,这也是可以理解的。 那么,在我们的问题电路中,如果要计算出另外损失的能量大小是比较容易的,但问题是损失的能量是以哪一种能量形式存在的呢? 
就是热能啊。
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2014-04-17 16:43
@houran77
百度有评论,消失的能量在电荷转移的过程中,一部分用来发热了,一部分转换成电磁波送走了。
瞬态过程中,只有单向的电压和电流,形成不了电磁波吧?
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bpyanyu
LV.8
25
2014-04-17 17:54
??
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2014-04-17 17:56

可以假设环路里有一个阻抗Z,通过这个公式可以计算出它上面占有(不一定是消耗)的能量.

在开关闭合的瞬间,有一半的电量转移到另外一个电容,因此dQ=0.5*Q 。

它上面的电压变化是从U到0V。

 

 

 

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alai4
LV.6
27
2014-04-18 13:19
能量没有减少,因为你那个算出来的是每一个电容上的能量是1/4CU^2,两个当然也是1/2CU^2
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yhtfeel
LV.7
28
2014-04-18 13:41
@归去来兮
可以假设环路里有一个阻抗Z,通过这个公式可以计算出它上面占有(不一定是消耗)的能量.在开关闭合的瞬间,有一半的电量转移到另外一个电容,因此dQ=0.5*Q。它上面的电压变化是从U到0V。 [图片]  
这难道是答案???
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yhtfeel
LV.7
29
2014-04-18 13:53
@deep_thought
瞬态过程中,只有单向的电压和电流,形成不了电磁波吧?
电流的急剧变化产生的,发生在理想情况下,即导线电阻为0
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2014-04-18 13:55
@alai4
能量没有减少,因为你那个算出来的是每一个电容上的能量是1/4CU^2,两个当然也是1/2CU^2

这个你也敢放上来啊

任何东西移动都要做功或者有外力作用的,也就是说必须有能量参与。

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yhtfeel
LV.7
31
2014-04-18 13:58
@qinzutaim
这个你也敢放上来啊[图片]任何东西移动都要做功或者有外力作用的,也就是说必须有能量参与。
估计是看错了吧。。。我百度了一下,好像说是导线电阻为0的时候,损失的能量转化为了电磁辐射;导线电阻为R的时候,能量都损耗在了电阻上!也不知道对不对?
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