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。
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
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。
Kijoさん Kirinさん
本の件、こちらで何とかします。
IKUZOさんたぶん、DCDCコンバータを使って、雷を直接1.5Vに変換すれば一生分のエネルギーが取り出せます。でも、バリコンを使って電圧を下げたらダメです。バリコンの容量を増やすと電圧が下がるので、エネルギー量も下がります(計算式上)どちらかというと、バリコンの容量を絞って1,000KVを10,000KVに昇圧してエネルギーを増やすイメージです。
私もこう書いていて、なんとも不思議な感覚です^^;DCDCコンバーターは外部のACアダプターなどから無限に電流(電荷)を供給されるのに対して、コンデンサの容量を変化させる方法は、電荷の総量は変らないので、いまいちエネルギー(仕事量)を想像しずらいですね。
でもDCDCコンバーターなら10V 1A(10W)から1V 10A(10W)を作れるので、 電圧を1/10に下げることで電流が10倍になる、すなわち電流が10倍になれば電荷も10倍になりますから、ある意味錬金術です。
PS チョコさん
10,000KVをバリコンにかけたら。バリコンは蒸発しそうですね^^;
Ayrさん
ありがとうございます。
IKUZOさん
念のため計算してみます。雷エネルギーQ=10uF*1000KVとして、これをバリコンで1.5Vに変換すると、 Q=10uF*1000KV=C*1.5V C=6.66[F]ということで、6.66Fのコンデンサに1.5Vをチャージすることができます。(=7.5Jなので、ボタン電池以下、装置1日分程度の電力量でしょうか?)
通信ラインなど低電圧回路の雷サージ対策で電源に大き目(数千uF)のコンデンサを入れて通信ラインからダイオードで電源に逃がす回路とかやっていると思いますけれども、理屈は同じなのかなと思います。
途中から首を突っ込みましたが、11日の以下の内容のとらえ方が少し気になります。
>「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、
これは、電荷の移動時に抵抗を通るので、そこで、エネルギーが消費され、エネルギーが
少なくなるというパターンですね。
ここで議論している内容でも、抵抗は必ず存在するので、その分はエネルギーのロスとなります。
電圧が下がってくるほど、抵抗の影響は大きくなります。
ところで、10uFで耐圧1000kVのバリコンはどの程度の大きさになるのでしょうね。
チョコさん、Kirin さんバリコンに充電の件ですが、すこしイメージが違います、バリコンというのは昔真空管ラジオで使用していた、あれです、ぐるぐる回して20p～500pぐらいまで変えることのできる、そこに雷を落としたら壊れるのは当たり前ですから、もう少し小さな静電気1Kから3Kぐらい印可しておいて、バリコンを500p→20pに素早く回して、エネルギー量が計測できるなら、計測してみたらどうですかという意味です、回路シミュレータですがLTspiceをインストールしてあるので時間ができたらやって見ようとは思うのですが、太いホースを細いホースに変えたら勢いが強くなりエネルギーが増えたというようなことかも
チョコさん
電験の問題ですけれども、あの抵抗値は何Ωがいいんでしょう？ 0Ωじゃダメですか。ちょっと気になっています。
10uF 1000KVのバリコンはビル1棟くらい？？？
ごめんなさい、そういうことだったんですね。 真空管とか触ったことがないのでイメージ付かないんで^^;
バリコンのシミュレーションモデルって簡単に作れるんでしょうか？ 結果を楽しみにしています。
動作原理が証明されればいっきに実用化！なーんて。
PS えーっと、、、IKUZOさんの投稿に画像が添付されていることに今頃気が付きました！
>電験の問題ですけれども、あの抵抗値は何Ωがいいんでしょう？
値は出ないんじゃないでしょうか。
やっぱり、そうですよね。 あの抵抗は「消費する」という文脈上、記述せざるおえない便宜的なもので 本当に抵抗を入れると熱に変わってしまうのでエネルギー量の計算が難しくなってしまいますものね。
"リニアアンプ"and("4-"or"4CX")で検索するとごついバリコンが見れます。特注バリコンと真空管のセットで売りに出されていたりします。マグネチックループアンテナは電圧の高いところでバリコンを使います。私も500V耐圧のタイトバリコンで製作したことがありますが、3～5KVのタイトバリコンや自作バリコンでハイパワー対応などもあります。500Vで数千円、3～5KVで数万円です。チャージしておいてスパークさせるような実験はもったいなくてできません。自作バリコンは参考になるかも?" マグネチックループアンテナ"で検索してみてください。そこそこの数のバリコンを持っていたのですが、全て燃えないゴミになってしまいました。
電験は電気設備の保安で私はその要求事項はわかりませんが、高校までの一般教養としては荷電粒子が加速度運動をするときに電磁波としてエネルギーを放出すると学習するので抵抗はゼロΩで良いのではないでしょうか？リアルワードなら0.1Ωあたりで熱になるでも良いと思います。台車の衝突でエネルギーは何になるかですが、リアルワールドで音が良さそうですが宇宙空間では無理があります。高校物理でうやむやにする理由です。