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論電容器的能量轉(zhuǎn)化問題

發(fā)布時(shí)間:2019-07-13 17:20:14來源:

  固原師專學(xué)報(bào)(自然科學(xué))王清霞(寧夏大學(xué)教務(wù)處,寧夏銀川750021)變化時(shí),電容器的能量轉(zhuǎn)化問題。

  當(dāng)平行板電容器極板間距離發(fā)生變化,或者充電、放電時(shí),其靜電能將隨之發(fā)生變化。本文將討論電容器靜電能的變化與外界條件的關(guān)系問題。

  1電容器在充電過程中的能量轉(zhuǎn)化問題如所示,用電源對(duì)電容器充電時(shí),電容器的靜電能將會(huì)加,電容器靜電能的量與電源所提供的能量是否相等呢,設(shè)在某一時(shí)刻電容器帶有電量Q其電容量為G則兩極板間的電壓為電容器儲(chǔ)存的靜電能全碧。

  用電動(dòng)勢(shì)為E的電源對(duì)電容器充電,充電后,電容器的帶電量將變?yōu)檫@時(shí),電容器儲(chǔ)存的靜電能W'電容器靜電能的量在此充電過程中,電源為移送電量q'a一Q所作的電功,即電源所提供的能量應(yīng)為比較(3)式和(4)式,可知二者并不相等,有電能損失W損=E(Q'將(1)式和(2)式代入上式得19:(王清霞盟女寧夏a銀川人tr物理(。由基爾霍夫定律可得:而i=C.穿,代入上式可得u+CR含=E,將上式對(duì)L求導(dǎo)可得電流強(qiáng)度根據(jù)焦?fàn)柪愦味煽芍诔潆娺^程中,電路里釋散出來的熱量為計(jì)算結(jié)果表明,電路里釋放出來的熱量與系統(tǒng)損失的電能等值,這充分說明系統(tǒng)損失的一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能了。

  2平行板電容器兩極板之間的距離變化時(shí),電容器的能量轉(zhuǎn)化問題。

  把一個(gè)平板電容器接在電源上,維持電壓U不變,如所示,設(shè)它的一個(gè)極板面積為S,兩極板的間距為d,這時(shí),電容器儲(chǔ)存的靜電能為扣‘士fu2若將極板間的距離拉開到2d則電容器儲(chǔ)存的靜電能其靜電能的變化量w△W<0,說明電容器內(nèi)儲(chǔ)存的靜電能減少。

  若把整個(gè)電路看作一個(gè)系統(tǒng)。以x表示電容器兩極板間距離,在dt時(shí)間內(nèi),外力對(duì)系統(tǒng)所作的元功為Fdx電容器儲(chǔ)存靜電能的量為dW電源輸出的能量為dWe根據(jù)能量守亙定律則得電源輸出的能量因?yàn)殡娙萜鲀?chǔ)存的靜電能所以將CD)和(1)代入()得由于所以代入(12)式可得電容器兩極板間的距離由d大到2d時(shí),外力作的功從表中數(shù)據(jù)可以看出,在溶液的pH大于6時(shí),溶液的酸效應(yīng)系數(shù)都接近于1. 00,溶液的酸度對(duì)CF2的溶解度無顯著影響,當(dāng)溶液的pH等于或小于5后,溶解度的酸效應(yīng)系數(shù)逐步加,CF2的溶解度才會(huì)受溶液的酸度的影響。其它難溶弱酸鹽也有類似的情況。

  4結(jié)束語通過以上討論可知,難溶弱酸鹽在酸性水溶液中的溶解度的大小,取決于溶液的酸度pH、難溶弱酸鹽的溶度積常數(shù)Ksp和溶解度酸效應(yīng)系數(shù)a.溶液的酸度加其溶解度加,并且值得注意的是對(duì)一元、二元、三元難溶弱酸鹽,其a表達(dá)式是各不相同的(見表2)。

  表2?元、二元、三元難溶弱酸鹽的溶解度酸效應(yīng)系數(shù)a二元難溶弱酸鹽《H=(KalKa2+Ka1樊行雪,方國女。大學(xué)化學(xué)原理及應(yīng)用,上冊(cè),丨M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.(責(zé)任編輯林子)(上接第65頁)可見,外力作正功,向電容器輸入能量。

  與此同時(shí),當(dāng)電容器極板間的距離變大時(shí),極板上的電荷在減少,電容器向電源放電,電場(chǎng)要抵抗電源的電動(dòng)勢(shì)作功,輸出能量給電源其大小為比較(13)式和(14)式可知,在電容器極板之間的距離由d大到2d的過程中,外力作的功A,小于電場(chǎng)對(duì)電源作的功▲,其差值與電容器的靜電能減小量恰好相等。

  用類似的方法,也可以討論極板間的距離變小的情況。

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