Fai energia da un condensatore nel mare

Prima di tutto mi dispiace per il mio inglese non è la mia lingua madre.

Dichiarazione problema:

Un condensatore cilindrico viene posizionato nel mare in modo tale che quando arriva un'onda (l'acqua sale), l'acqua diventa il dielettrico dei condensatori, quando l'onda è passata (l'acqua scende) l'aria diventa il dielettrico. Quindi ora quando l'acqua è al massimo, collego una batteria al condensatore.

Quando l'acqua scende, rimuovo il condensatore dalla batteria, questo crea un sistema isolato in cui la carica rimane costante e può cambiare la differenza potenziale tra le piastre dei condensatori.

La forza di gravità fa scendere l'acqua tra le piastre dei condensatori e quindi riduce la capacità dei condensatori. La costante dielettrica dell'acqua è piuttosto elevata (circa 81) e anche il cambiamento di capacità è piuttosto elevato.

La carica è rimasta la stessa, ma la differenza di potenziale tra le piastre dei condensatori è aumentata. Ciò significa che l'energia nel sistema è aumentata. Quindi ho trovato un modo per raccogliere energia dal movimento delle onde senza muovere i corpi .... ma ...

Spiega perché questo sistema in pratica non può davvero funzionare.
Pensa a come farlo funzionare (anche se con prestazioni ridotte, non è necessario considerare come mantenere il condensatore alla stessa altezza).
Stimare quanta energia potrebbe essere ricavata da un tale dispositivo.

Il tentativo di una soluzione

Penso che questo non funzioni perché l'acqua di mare non è distillata, il che significa che conduce corrente. Quindi ora c'è una corrente che fluisce attraverso le piastre dei condensatori che penso danneggerebbe il condensatore stesso. O forse la batteria si danneggerebbe perché il condensatore con acqua di mare all'interno fa un corto circuito?

Per farlo funzionare, penso che bisognerebbe mettere acqua distillata nel condensatore o altro materiale isolante e farlo salire e scendere dal condensatore grazie al movimento delle onde.

Non ho assolutamente idea di come stimare quanta energia potrebbe essere ricavata da un tale dispositivo.

Se non sbaglio l'energia in un condensatore cilindrico viene calcolata come:

U = \frac{1}{2} C Δ V^{2}

$U = \frac{1}{2}C\Delta V^2$

Quindi ho pensato di calcolare

Uw = energy when the capacitor is filled with water

e poi

Ua = energy when the capacitor is filled with air

e poi facendo

Uw-Ua = energy generated by the device

Ma non sono sicuro che sia giusto.

Cosa ne pensi?

capacitor

— Maial
fonte

Sembra un modello perfetto per una truffa Kickstarter.

— Winny

Acqua distillata o elettrodi isolati.

— JRE,

Ma, per quanto ricordo, l'energia viene immagazzinata nei piatti. Cambiare il dielettrico cambierà la tensione ma non l'energia (penso.) Inoltre, dovrai iniziare con condensatori carichi. Dovresti stare attento a non scaricare troppo il condensatore quando raccogli energia.

— JRE,

Il principio funziona, molte note di fisica sul web riguardanti il lavoro svolto rimuovendo / inserendo un dielettrico da un condensatore carico. Il problema relativo all'acqua di mare potrebbe essere risolto utilizzando un buffer meccanico. Invece di acqua di mare l'onda spingerebbe / tirerebbe l'acqua distillata tra le piastre (idea generale). Quindi puoi affrontare i capricci dell'oceano, proprio come i parchi eolici affrontano il vento. Quanto alla quantità di energia estratta, è relativa alla tua applicazione.

— isdi

Le piastre rimarranno bagnate mentre l'onda cade, quindi sarebbe necessario un tempo relativamente lungo prima che la capacità calasse. Sensazione intestinale di minuti almeno prima di un cambiamento significativo nella capacità. Mentre il periodo di un'onda è di circa 5-10 secondi, quindi non ci sarà una grande differenza tra alto e basso. Ma +1 per un ottimo commento e descrizione.

— Criggie,

Sì, puoi convertire l'energia delle onde in energia elettrica in questo modo (ma è terribilmente inefficiente - ci sono modi molto migliori per estrarre energia dalle onde).

Due equazioni coprono ciò che stai proponendo. Il primo è il rapporto tra carica, capacità e tensione:

Q = C \cdot V

$Q = C \cdot V$

Il secondo è il rapporto tra energia, capacità e tensione:

E = \frac{1}{2} C \cdot V^{2}

$E = \frac{1}{2}C \cdot V^2$

Inizia caricando un condensatore riempito con acqua, quindi rimuovendo l'acqua. La prima equazione ci dice che se la capacità scende di un fattore 81, allora la tensione deve aumentare dello stesso fattore, perché a questo punto la carica non può andare da nessuna parte.

Ma la seconda equazione dice che se il condensatore aveva una certa quantità di energia con l'acqua, in seguito, ne ha 81 volte di più! La capacità è diminuita di un fattore 81, ma è aumentata di un fattore 81 ² . E deve aumentare di un fattore 81 per mantenere l'equazione equilibrata. $V^2$

Da dove viene questa energia? Ci vuole lavoro fisico per rimuovere un dielettrico da un condensatore carico. In questo caso, l'energia potenziale della massa d'acqua all'interno del condensatore si riduceva quando la gravità la estraeva durante la parte bassa dell'onda. E quando arriva il picco successivo, l'energia nell'onda spinge indietro l'acqua contro la gravità.

Quando metti numeri fisici reali sui valori di C e V con cui puoi realisticamente lavorare, ti accorgerai presto che la potenza (energia per volta) che puoi estrarre è minuscola.

— Dave Tweed
fonte

D'altra parte, questo non ha parti in movimento e puoi persino rivestire le piastre in qualsiasi condizione purché ci sia spazio tra loro per l'acqua. Forse qualcuno potrebbe trovare un'applicazione di nicchia per alimentare un piccolo sensore.

— user253751