電力の錬金術

コンデンサを使ってエネルギーを増幅できないか考えてみました。

1C(クーロン)の電荷をコンデンサにチャージした時のエネルギー量をみると、
以下の式から電圧が高いほうが総エネルギーも高くなるので、
小さいコンデンサに電荷を貯めた方が指数関数的にエネルギーが増えることがわかります。
      U=0.5 × Q × V = 0.5 × C × (V^2) [J]

チャージポンプでは並列になっているコンデンサを直列に切り替えるだけなので、
電圧が2倍になる反面、静電容量が1/4(2つに分割して半分、さらに直列にして半分)になるので総エネルギーは変りません。

でも、可変容量コンデンサなら、容量値を絞って小さくすることでコンデンサにチャージされているエネルギーを増大させることができます。
電子制御でコンデンサの容量を可変できれば、錬金術のごとくエネルギーを生み出せそうですね。

Parents
  • プールの面積>コンデンサ容量

    プールの水位>電圧

    総水量>エネルギー≒電荷

    経験上、↑の様に思っております。

    同じ水量でプールを小さくすれば、当然水位は上昇しますが、総水量は同じなので、総エネルギー量も変らないと思います。

    しかしグラフが正しいと仮定すると、、、

    容量値を限りなく小さくすれば、電力も限りなく増大することになりますが、(数式を無視した)直感的にはあり得ない気がしますが、当方が大バカなのでしょうか???

  • 「可変容量コンデンサなら、容量値を絞って小さくすることでコンデンサにチャージされているエネルギーを増大させることができます」この根拠がわかりません、「小さいコンデンサに電荷を貯めた方が指数関数的にエネルギーが増えることがわかります」これもよくわかりません、ビシ さんと同じことかもしれませんが、小さい容量のコンデンサはすぐにいっぱいになるので、電圧がすぐに上がります、抜けるのも早いわけで、貯められる電力容量が小さいわけですので、エネルギーは小さくなります、このグラフの意味がよくわかりません?Kirin さんのことですから、そんなことを言いたいがために投稿されたのではないのでしょう、錬金術ですから

  • 感覚的に電荷の数で仕事量が決まりそうな気もしますけれども、、
    不思議ですよね。
    電荷の量は変っていないのに、公式の上では、電圧が高くなるだけで仕事量が増えるなんて!

    そういえば、
    「コンデンサの容量を増やすとエネルギーが減る」という問題が電験3種(H14問9)とかに出題されていますけれども、
    (スイッチOFF時は11.25[J]、スイッチONで7.5[J])
    このスレッドのテーマはこの逆で、コンデンサの容量を減らすとエネルギーが増えるというものです。

    可変容量コンデンサは、

    • 物理的にコンデンサの電極間の距離を変化させる
    • 電解液等の誘電率を動的(電気的・科学的)に変化させる
    • 電極間の誘電体そのものを物理的に交換する

    など手段は選びません。
    上記の操作をするエネルギーよりも、コンデンサ容量が減ることにより増えたエネルギーの方が多ければ錬金術になるということころがミソです。
    エントロピー的には、電験の問題みたいにエネルギー量を減らすのは簡単ですけれども、増やすのには何か工夫がいるのかなと思います。

    PS
    kijoさん解説ありがとうございます。

    ピエゾ素子っぽい動きをイメージするといいのかな。

  • スレッドの問いかけは、まだまだ思いつきの段階です(実現できたら面白いな、のレベル)

    試験場の雷サージ試験は20uF/4KVとかですけれども、損失がなければ80mF/1Vから作れそうです。

    KijoさんのESDの話を聞いていて、数千ボルトまで昇圧してしまうと、
    コンデンサのリーク電流や空中放電が無視できなくなることに気づきました。
    現実的には数十ボルト程度にとどめておくのがいいのかもしれませんね。

    PS
    「マグロウヒル社のエレクトロニクスの静電気対策」は、8000円かぁ。良いお値段だ。
    もらったアマゾンのクーポンで腕時計買っちゃったし。。。

  • 自ら命を絶とうとは思いませんが、生きていることに執着がなくなってきて身辺整理を進めてます。ごみとして処分した書籍が多くあります。ソフトウエア系の書籍や開発ツールはロボット工学に進んだ甥っ子にあげてしまいました。半導体系の書籍はあげてもあまり喜んでくれる人がいないのと、著者への敬意から捨てられず手元に残ったものがあります。エレクトロニクスの静電気対策もそういった一冊です。かふぇるねでの匿名性は保持したいので、カフェるねアドミあるいは営業さんが仲介可能なら差し上げますよ。

  • Kijoさんありがとうございます!
    お言葉に甘えて、本いただけるなら、いただきます。

    さぁどうしよう、中に人に相談できるのかな? って書き込んでおけばAdministratorさんからメッセージもらえるかな。
    Inboxは開けてあるので、よろしくお願いします。

    PS
    お礼に今度一緒にランチでも!

  • kijo さん

    さびしいこと言わないで、あなたを生かすためにどれほど多くの生き物があなたを応援しているのですから、命は大切にしてください、生きていればきっといいことありますよ、なにか色々作って楽しんでみては、もし介護などで悩んでいるなら、だれでもいいから、相談してみては

  • kijoさん

    あまり、さみし事言わないでください。

    小職は、間もなく60歳になりますが、「生涯現役」を心して、やれることは何でも挑戦しています。

    周りに、ご迷惑をおかけしているかも(たぶん、邪魔!)とは、思っておりますが、「邪魔なら邪魔にしてくれ!」精神で

    死ぬまで、やれなくなるまで、この仕事は続けるつもりです。

    kijoさん、こんな輩が言うのもなんですが、お悩みがあれば、この場でも発散されてはいかがでしょうか?

  • マルツで売っている圧電モジュール「振力電池」で実験すると、

    1.3Kgの押力×ストローク1mm(13mJ)で公称200uJのエネルギーが取りだせます。
    (ボタンを押す仕事量の65分の1が電気エネルギーに変換)
    圧電素子は80Vppくらい振幅があるので、なるべく小さなコンデンサで受けた方がコンデンサにチャージできる電圧が高くなるので、エネルギー量も増えます。

    ちなみに、一回ボタンを押すと30uCくらい電荷が出てきますけれども、
    コンデンサが小さすぎると、電圧が高くなりますけれども、コンデンサが80Vまで達してしまうと、それ以上チャージできませんし、
    逆にコンデンサが大きすぎると電圧がほとんど上がず、結果的にエネルギー量が少なくなります。

    こーゆー実務的な話をしている方がKijoさん生き生きとしますよねー♡

  • たぶん、感覚的に仕事量の計算式に違和感があるのは、
    DCDCコンバータとかだと、変換効率100%なら
    入力側の電力(入力電圧×入力電流)=出力側の電力(出力電圧×出力電流)なので、
    電圧の違いは関係ないからなんですかね。

    電力の式 P=VxI[W] では、電圧は一乗できいてくるのに対して、
    仕事量の式 U=0.5xCxVxV[J] では電圧が二乗できいてきます。
    でも、 P= VxI = VxV÷Rって書き換えると、電力も電圧の2乗になるので指数関数的になるんですよね。

    スペアナとか50Ω系の測定器を使う時は、絶対定格を超えないように信号の振幅電圧に注意が必要ですし、、、
    なんか物理量の説明ってむずかしいですねー。

  • この場合電圧の高い方がエネルギー量があるという意見ですよね

    変化を及ぼすのは確かに電圧の高い方、ただ総量は変化はないです

    低い電圧でも何か仕事をさせた場合長く動作できるので、同じこと?

    ですから1000KVの雷を1.5Vに100%で変換できるとしたら、

    その電池は10年ぐらいつかえるかも?

    可変バリアブルコンデンサ、バリコンですが500pぐらいならありますよ、

    そこに静電気をため込んで実験できると思いますよ、

    どうやってエネルギーを測定するのかですが

    そうそう、回路シミュレータという方法が

  • チョコです。

    バリコンの耐圧は大丈夫ですかね。

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