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昨天的物理学讨论
两个一样的导体球做电容,各带电荷Q1,Q2。假如中间用导线连起来,两者如果近似为两个点,相互作用力是多少。
这个题目没啥难的,有趣的是后面的讨论。看本人怎么从一个简单的问题延伸到更广泛的图象。
你这个是对的,平衡以后两个的带电是一样的,然后用库仑定律去算它们之间的力。
当然,你也应该会算,更普遍的是假如两个电容是不一样的情况下的作用力。这时候平衡的条件是两者的电势相等,V1=Q’1/C1=V2=Q’2/C2,加上总电荷恒定,就可以解出Q’1和Q’2。
你这个问题,是给定初始状态,求解最终状态。你有没有想过这两者之间发生的过程?书里面没有讲。要理解这个过程,你们还没有学到,不过我可以给你讲一下。
你仔细看一下,Q1和Q2是正负相反的,也就是连上线以后有电流经过。一个导线是有电阻R的,你们学过OHM定律。电线上的电流I=V/R,V是电线两端的电压。
电容放电的速度 DQ/DT= D(VC)/DT= C DV/DT = -I =- V/R
所以 (DV/DT)/V=1/RC 是个常数。
(DV/DT)/V= D(LOG(V))/DT,
所以 V(T)=V(0)EXP(-T/RC)。
啊哈,这说明放电是个负指数的曲线。 这里面导出电子学非常重要的一个概念,RC是一个器件的时间常数,一个器件加电压的反应时间是用它的RC来表示的。这个其实很好理解,你看我现在喝水的罐子,C就是底面积,V是水的高度。R是排水的阻力,C和R越大,放光水的时间就越长。
除了上面说的,我们还有一个方面没有讨论,就是能量的改变,一个电容,充了电以后储存了一定能量,你现在接了线以后电荷中和了,两个电容总的能量少了,那么这个能量上哪里去了,答案是在电流经过导线的时候转换成OHM发热了。如果你去仔细算发的热
H=(IR)的时间积分
就会发现这正好等于电容失去的存储的能量,因为能量是守衡的。。。