¿Se realiza trabajo para transferir energía?

El siguiente ejemplo es para un circuito perfecto sin pérdidas sin resistencia solo con fines ilustrativos. En realidad esto no existe, pero nuevamente el propósito es por simplicidad.

Si hay 1 julio de energía almacenada en un capacitor y luego ese capacitor se conecta a una bobina para transferir y luego almacenar 1 julio de energía en el campo magnético de la bobina, ¿se realiza este trabajo y, de ser así, cuánto trabajo se realizó?

Yendo un paso más allá, una vez que 1 julio de energía se almacena por completo en el campo magnético de la bobina, tiene que ir a alguna parte. Luego colapsa y se usa un diodo para redirigir 1 julio de energía para cargar otro capacitor.

¿Cuál es la cantidad total de trabajo que se ha realizado para almacenar energía a partir de 1 julio de energía almacenada en el primer capacitor de descarga, que luego se almacena en el campo magnético de la bobina y finalmente termina como energía almacenada en el segundo capacitor cargado? ¿condensador?

(sobre el ejemplo base) El trabajo es el cambio en la cantidad de energía. En el sistema cerrado, esta cantidad no cambió, por lo tanto, no se realizó ningún trabajo. Si solo miras el capacitor, entonces sí. Se realizó un trabajo de 1J.
Gracias por la rápida respuesta. Cuando mencionó "si solo mira el condensador", ¿a qué condensador se refiere? ¿El primer capacitor con energía saliendo o el segundo capacitor con energía entrando?
Estaba hablando del ejemplo base donde solo un capacitor y un inductor (si lo entendí correctamente)
No creo que tu pregunta sobre la cantidad total de trabajo esté completa. Como @EugeneSh. mencionado, hay que preguntarse trabajo realizado por ¿QUÉ? (primera tapa, segunda tapa, la bobina o el sistema). ¿Bien?
Me refiero a todo el sistema. Comenzando con 1 julio de energía en el primer condensador de descarga, luego el proceso de almacenamiento de este 1 julio de energía en el campo magnético de la bobina y, por último, el proceso de carga del segundo condensador con el colapso del campo magnético de la bobina. . Entonces, la energía finalmente se transfiere desde el primer capacitor, hacia la bobina, luego fuera de la bobina y finalmente hacia el segundo capacitor. ¿Cuánto trabajo implica todo este proceso?
La pregunta contiene su respuesta. En este hipotético circuito perfecto sin pérdidas no hay pérdidas, por lo que todas las transferencias se realizan sin "trabajo", y por tanto, sin pérdidas.
@mguima si pero la energia se ha movido de un lugar a otro, estas diciendo que esto es una transferencia instantanea de energia? Entonces digamos que es un sistema con pérdidas y tomó 'tiempo', entonces habría trabajo hecho con energía, ¿verdad?

Respuestas (1)

El siguiente ejemplo es para un circuito perfecto sin pérdidas sin resistencia solo con fines ilustrativos. En realidad esto no existe, pero nuevamente el propósito es por simplicidad.

Si hay 1 julio de energía almacenada en un capacitor y luego ese capacitor se conecta a una bobina para transferir y luego almacenar 1 julio de energía en el campo magnético de la bobina, ¿se realiza este trabajo y, de ser así, cuánto trabajo se realizó?

En el siguiente diagrama, C1 está cargado inicialmente y almacena 1J de energía. Ahora cerramos S1.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Eso pone un alto voltaje en D1 y L1. D1 tiene polarización inversa, por lo que no conduce. La corriente se acumula en L1 debido al voltaje en sus terminales, mientras que en VC1 cae el voltaje en C1. Eventualmente, VC1 llega a cero. Ahora hay una gran corriente que fluye en L1, por lo que VC1 intenta seguir cayendo, pero ahora el diodo (ideal) D1 comienza a conducir, lo que evita que VC1 se vuelva negativo.

El voltaje en L1 es cero, por lo que la corriente no cambia. Como VC1 es cero, no hay energía almacenada en él. Toda la energía ahora reside en la corriente que fluye a través de L1.

El capacitor ha realizado 1J de trabajo sobre el inductor.

Yendo un paso más allá, una vez que 1 julio de energía se almacena por completo en el campo magnético de la bobina, tiene que ir a alguna parte.

No, no 'tiene que ir a algún lado', simplemente puede permanecer allí mientras la corriente siga circulando.

... Luego colapsa y se usa un diodo para redirigir 1 julio de energía para cargar otro capacitor.

No, no solo 'colapsa', sino que podemos interrumpir la corriente abriendo S2.

Cuando hacemos eso, la corriente ya no puede fluir a través de D1 y, en su lugar, debe provenir de D2. D2 extrae corriente de C2, lo que hace que su voltaje sea negativo, y el voltaje en C2 aumenta mientras que la corriente en L1 cae. Eventualmente la corriente llega a cero. D2 deja de conducir, ahora tiene polarización inversa, el voltaje en L1 cae a cero, por lo que su corriente permanece en cero. C2 ahora está almacenando la misma energía que se almacenó en L1 y se almacenó en C1.

El inductor ha realizado 1J de trabajo en C2

¿Cuál es la cantidad total de trabajo que se ha realizado para almacenar energía a partir de 1 julio de energía almacenada en el primer capacitor de descarga, que luego se almacena en el campo magnético de la bobina y finalmente termina como energía almacenada en el segundo capacitor cargado? ¿condensador?

No se ha realizado ningún trabajo abriendo y cerrando interruptores ideales, no se ha realizado ningún trabajo calentando resistencias cero o haciendo que los diodos conduzcan ideales, y no se ha realizado ningún trabajo lanzando radiación EM desde estos cables ideales. En todos los casos, el componente que almacena la energía ha realizado exactamente la cantidad de trabajo de energía almacenada sobre el componente que recibe la energía.

Buena respuesta. Se agradece mucho junto con todo el trabajo realizado en mostrar cada uno de los procesos, ¿juego de palabras? Aunque solo se requiere 1 diodo para redirigir el campo colapsado en la práctica real con pérdidas, creo que la respuesta final es perfectamente correcta. ¿Sus dos respuestas también son válidas para 1 vatio de potencia? Los julios son solo energía y, dado que la energía ha realizado un trabajo, esto significa que ha tomado 'tiempo', lo que debería traducirse directamente de julios de energía a vatios de potencia si todo el proceso tomó exactamente 1 segundo de tiempo, ¿o no hay tiempo involucrado? Entonces, ¿ha ocurrido 1 vatio de potencia? ¿Dos veces?
un vatio es un julio por segundo. Con los valores de C y L que he mostrado, la transferencia se realiza en microsegundos, por lo que la potencia está en el estadio de béisbol de 100kW.
Bien, digamos que el sistema del circuito tenía resistencia, que por supuesto, 1 julio de energía se vuelve menos, digamos 0,84 julios y digamos que ahora toma 1 segundo, con los valores de C y L que tengan que ser para que el energía sea de 0,84 julios transferidos en 1 segundo, entonces, ¿sería esto 0,84 vatios de potencia en ese mismo segundo de tiempo?
Dibuje un esquema para mostrar dónde está la resistencia, luego podemos caminar a través de las transferencias de energía.
Lo que quiero decir es que si la resistencia está en serie con S1, obtendrá una pérdida durante la transferencia; sin embargo, los interruptores tienden a tener poca resistencia. Si la resistencia está en serie con D1 o L1, que es mucho más razonable y físico, entonces no solo tendrá una pérdida durante la transferencia, sino que también tendrá una pérdida continua durante el almacenamiento, razón por la cual los sistemas de almacenamiento inductivo son tan poco usados, simplemente no tienen buenos tiempos de almacenamiento con materiales cotidianos.
Además, trata de superar este poder que tienes. La energía es fundamental, ese es el 'efectivo' con el que funciona la economía de la física. Sin energía, no pasa nada. Definimos potencia como una unidad conveniente para realizar un seguimiento de qué tan rápido se mueve la energía, energía por tiempo. Es útil, ya que nos dice qué tan gruesos deben ser los cables y nos ayuda a medir la energía midiendo la potencia e integrando en el tiempo, pero no es fundamental , la potencia siempre es energía por tiempo. Simplemente mantenga un registro de la energía y deje que el poder se encargue de sí mismo.
¿Se realiza trabajo para transferir energía?
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