Zunächst einmal tut mir mein Englisch leid, es ist nicht meine Muttersprache.
Problemstellung:
Ein zylindrischer Kondensator wird im Meer platziert, so dass, wenn eine Welle kommt (das Wasser steigt), das Wasser zum Kondensatordielektrikum wird, wenn die Welle passiert ist (das Wasser sinkt), die Luft zum Dielektrikum wird. Wenn das Wasser am höchsten ist, befestige ich eine Batterie am Kondensator.
Wenn das Wasser abfällt und ich den Kondensator von der Batterie abnehme, entsteht ein isoliertes System, in dem die Ladung konstant bleibt und die Potentialdifferenz zwischen den Kondensatorplatten ändern kann.
Die Schwerkraft lässt das Wasser zwischen den Kondensatorplatten sinken und verringert so die Kapazität der Kondensatoren. Die Dielektrizitätskonstante von Wasser ist ziemlich hoch (ungefähr 81) und die Änderung der Kapazität ist auch ziemlich hoch.
Die Ladung blieb gleich, aber die Potentialdifferenz zwischen den Kondensatorplatten hat zugenommen. Dies bedeutet, dass die Energie im System zugenommen hat. Also habe ich einen Weg gefunden, Energie aus der Wellenbewegung zu gewinnen, ohne Körper zu bewegen ... aber ...
- Erklären Sie, warum dieses System in der Praxis nicht wirklich funktionieren kann.
- Überlegen Sie, wie es funktioniert (auch wenn die Leistung bei reduzierter Leistung auf der gleichen Höhe bleibt, ist nicht zu berücksichtigen).
- Schätzen Sie, wie viel Energie mit einem solchen Gerät erzeugt werden könnte.
Der Versuch einer Lösung
Ich denke, das funktioniert nicht, weil Meerwasser nicht destilliert wird, was bedeutet, dass es Strom leitet. Jetzt fließt also ein Strom durch die Kondensatorplatten, von dem ich denke, dass er den Kondensator selbst beschädigen würde. Oder könnte die Batterie beschädigt werden, weil der Kondensator mit Meerwasser einen Kurzschluss macht?
Damit es funktioniert, müsste man meiner Meinung nach destilliertes Wasser in den Kondensator oder ein anderes Isoliermaterial geben und es dank der Wellenbewegung auf und ab des Kondensators laufen lassen.
Ich habe absolut keine Ahnung, wie ich abschätzen kann, wie viel Energie mit einem solchen Gerät erzeugt werden kann.
Wenn ich mich nicht irre, wird die Energie in einem Zylinderkondensator wie folgt berechnet:
Also dachte ich über das Rechnen nach
Uw = energy when the capacitor is filled with water
und dann
Ua = energy when the capacitor is filled with air
und dann tun
Uw-Ua = energy generated by the device
Aber ich bin mir nicht sicher, ob das richtig ist.
Was denkst du?
Antworten:
Ja, Sie können Wellenenergie auf diese Weise in elektrische Energie umwandeln (aber es ist schrecklich ineffizient - es gibt viel bessere Möglichkeiten, Energie aus Wellen zu extrahieren).
Zwei Gleichungen decken ab, was Sie vorschlagen. Das erste ist die Beziehung zwischen Ladung, Kapazität und Spannung:
Das zweite ist die Beziehung zwischen Energie, Kapazität und Spannung:
Laden Sie zunächst einen mit Wasser gefüllten Kondensator auf und entfernen Sie das Wasser. Die erste Gleichung besagt, dass, wenn die Kapazität um den Faktor 81 abnimmt, die Spannung um den gleichen Faktor ansteigen muss, da die Ladung zu diesem Zeitpunkt nirgendwo hingehen kann.
Woher kam diese Energie? Das Entfernen eines Dielektrikums aus einem geladenen Kondensator erfordert physikalische Arbeit. In diesem Fall wurde die potentielle Energie der Wassermasse im Kondensator verringert, wenn die Schwerkraft sie während des unteren Teils der Welle herauszog. Und wenn der nächste Gipfel kommt, drückt die Energie in der Welle das Wasser gegen die Schwerkraft zurück.
Wenn Sie den Werten für C und V, mit denen Sie realistisch arbeiten können, reale physikalische Zahlen hinzufügen, werden Sie schnell feststellen, dass die Leistung (Energie pro Zeit), die Sie extrahieren können, winzig ist.
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