Produz energia de um capacitor no mar

Antes de tudo, desculpe pelo meu inglês, não é minha língua materna.

Declaração do problema:

Um capacitor cilíndrico é colocado no mar, de modo que quando uma onda surge (a água sobe), a água se torna dielétrica dos capacitores, quando a onda passa (a água desce) o ar se torna dielétrico. Então agora, quando a água está no ponto mais alto, conecto uma bateria ao capacitor.

Quando a água cai, desconecto o capacitor da bateria, isso cria um sistema isolado no qual a carga permanece constante e pode alterar a diferença de potencial entre as placas do capacitor.

A força da gravidade diminui a água que estava entre as placas dos capacitores e, portanto, reduz a capacitância dos capacitores. A constante dielétrica da água é bastante alta (cerca de 81) e a mudança de capacitância também é bastante alta.

A carga permaneceu a mesma, mas a diferença de potencial entre as placas dos capacitores aumentou. Isso significa que a energia no sistema aumentou. Então eu encontrei uma maneira de coletar energia do movimento das ondas sem mover corpos ... mas ....

Explique por que esse sistema na prática não pode realmente funcionar.
Pense em como fazê-lo funcionar (mesmo que com desempenho reduzido, como fazer com que o capacitor fique na mesma altura não deve ser considerado).
Estime quanta energia poderia ser gerada com esse dispositivo.

A tentativa de uma solução

Eu acho que isso não funciona porque a água do mar não é destilada, o que significa que ela conduz corrente. Então agora há uma corrente fluindo através das placas dos capacitores, que eu acho que danificaria o próprio capacitor. Ou talvez a bateria fique danificada porque o capacitor com água do mar dentro causa um curto-circuito?

Para fazê-lo funcionar, acho que seria necessário colocar água destilada no capacitor ou em outro material isolante e fazê-lo subir e descer o capacitor graças ao movimento das ondas.

Não tenho absolutamente nenhuma idéia de como estimar quanta energia poderia ser gerada por esse dispositivo.

Se não me engano, a energia em um capacitor cilíndrico é calculada como:

U = \frac{1}{2} C Δ V^{2}

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

Então eu pensei em calcular

Uw = energy when the capacitor is filled with water

e depois

Ua = energy when the capacitor is filled with air

e depois fazendo

Uw-Ua = energy generated by the device

Mas não tenho certeza se isso está certo.

O que você acha?

capacitor

— Maial
fonte

Parece um modelo perfeito para uma farsa do Kickstarter.

— winny

Água destilada ou eletrodos isolados.

— JRE

Mas, pelo que me lembro, a energia é armazenada nas placas. Alterar o dielétrico alterará a tensão, mas não a energia (eu acho.) Além disso, você terá que começar com capacitores carregados. Você precisaria tomar cuidado para não descarregar muito o capacitor ao coletar energia.

— JRE

O princípio funciona, muitas anotações de física na web sobre o trabalho realizado para remover / inserir um dielétrico de um capacitor carregado. O problema da água do mar poderia ser resolvido usando um buffer mecânico. Em vez de água do mar, a onda empurrava / puxava água destilada entre as placas (idéia geral). Então você começa a lidar com os caprichos do oceano, assim como os parques eólicos lidam com o vento. Quanto à quantidade de energia extraída, isso é relativo à sua aplicação.

— isdi

As placas permanecerão molhadas enquanto a onda cair, por isso levaria um tempo relativamente longo antes que a capacitância caísse. Intestino de minutos, pelo menos, antes de uma mudança significativa na capacitância. Enquanto o período de uma onda é de cerca de 5 a 10 segundos, não haverá uma grande diferença entre alto e baixo. Mas +1 para uma excelente redação e descrição.

— Criggie

Sim, você pode converter energia das ondas em energia elétrica dessa maneira (mas é terrivelmente ineficiente - existem maneiras muito melhores de extrair energia das ondas).

Duas equações cobrem o que você está propondo. A primeira é a relação entre carga, capacitância e tensão:

Q = C \cdot V

$Q = C \cdot V$

O segundo é a relação entre energia, capacitância e tensão:

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

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

Comece colocando uma carga em um capacitor cheio de água e depois removendo a água. A primeira equação nos diz que, se a capacitância diminui em um fator de 81, a tensão deve subir pelo mesmo fator, porque, nesse ponto, a carga não pode ir a lugar algum.

Mas a segunda equação diz que, se o capacitor continha uma certa quantidade de energia com a água, depois, ele tinha 81 vezes mais! A capacitância diminuiu em um fator de 81, mas aumentou em um fator de 81 ² . E deve aumentar por um fator de 81 para manter a equação equilibrada. $V^2$

De onde veio essa energia? É necessário um trabalho físico para remover um dielétrico de um capacitor carregado. Nesse caso, a energia potencial da massa de água dentro do capacitor foi reduzida quando a gravidade a retirou durante a parte baixa da onda. E quando o próximo pico chegar, a energia da onda empurra a água contra a gravidade.

Quando você coloca números físicos reais nos valores de C e V com os quais você pode trabalhar realisticamente, logo perceberá que a energia (energia por tempo) que você pode extrair é minúscula.

— Dave Tweed
fonte

Por outro lado, isso não possui partes móveis e você pode até revestir as placas o tempo que houver espaço entre elas para obter água. Talvez alguém possa encontrar um aplicativo de nicho para alimentar um pequeno sensor.

— user253751 5/03