Прежде всего, я хотел бы сказать, что я не носитель английского языка, поэтому могут быть некоторые грамматические ошибки. Заранее извините за это!
Я целый месяц пытался понять, что происходит в некой электромагнитной системе, но безуспешно. Может быть, кто-то из вас сможет пролить свет на это.
Представьте себе следующую систему: Существует идеальный электрический трансформатор 1:1. Обе катушки имеют индуктивность L, а взаимная индуктивность принимает значение , так как потерь нет и весь магнитный поток, создаваемый каждой катушкой, проходит через другую.
Теперь с обеих сторон трансформатора подключаем резистор и конденсатор так, как показано на картинке:
Оба резистора имеют сопротивление R, а конденсатор имеет обе емкости C. Единственная разница между обеими сторонами заключается в том, что конденсатор слева изначально заряжен зарядом Q, а конденсатор справа не имеет начального заряда. Первоначально ток через катушки также отсутствует.
Насколько мне известно, изменение во времени заряда, накопленного в конденсаторах, определяется следующими двумя связанными дифференциальными уравнениями, где - заряд в левом конденсаторе и - заряд в правой части, как функции времени.
Теперь, если я оцениваю как интенсивность, так и накопленные заряды за достаточно большое время с самого начала, они оба стремятся к нулю, как и ожидалось. Энергия, первоначально запасенная в левом конденсаторе, рассеивается в резисторах в течение нескольких циклов. Проблема в том, что если я вычислю рассеянную энергию, выполнив следующий интеграл:
Я получаю большее число, чем если бы я вычислил первоначально запасенную энергию в конденсаторе. Это означало бы, что каким-то образом схема рассеивала больше энергии за счет эффекта Джоуля, чем исходная энергия, запасенная в ней.
Очевидно, я делаю что-то не так, но я понятия не имею, что это может быть. Я полностью уверен, что правильно решил дифференциальные уравнения, так как неоднократно проверял использованный численный метод. Я построил несколько моделей, используя разное программное обеспечение, и всегда получаю один и тот же результат, и мой друг, который является экспертом в численных методах дифференциальных уравнений, тоже проверил это. Так что проблема должна быть в самих дифференциальных уравнениях, а не в их решении. Но чем больше я их проверяю, тем больше убеждаюсь, что они правы, поэтому понятия не имею, что делать.
Для меня ясно, что рассеиваемая энергия для больших значений времени должна быть первоначально запасенной энергией в конденсаторах, а не больше.
Пожалуйста, помогите мне с этим. Мне действительно нужно все исправить.
Заранее спасибо за ваши ответы,
Альберто.
В ваших уравнениях нет ничего плохого, что ведет к несохранению энергии. Вы можете убедиться в этом, выведя закон сохранения энергии непосредственно из уравнений движения. Для этого умножьте первое уравнение на , второй по , и просуммировать их. Собрав некоторые члены в полные производные, вы получите следующее (точки — производные по времени):
Вы можете определить, что вы хотели бы назвать энергией на левой стороне. Интегрируя его и подключая свои начальные условия, вы получаете
Все это следует непосредственно из уравнений, без какой-либо отсылки к физике за этим. Если последнее уравнение нарушено, то это дефект либо схемы численного интегрирования (менее вероятно), либо вашего решателя ОДУ (более вероятно).
Большинство вещей, которые вы сделали, верны, за исключением оценки последнего интеграла. Итак, когда вы поместите это как функцию в свой скрипт, вы получите неправильные результаты!
свободный
Альберто