Kluczowa różnica – indukcyjność a pojemność
Indukcyjność i pojemność to dwie podstawowe właściwości obwodów RLC. Cewki indukcyjne i kondensatory, które są powiązane odpowiednio z indukcyjnością i pojemnością, są powszechnie stosowane w generatorach przebiegów i filtrach analogowych. Kluczową różnicą między indukcyjnością a pojemnością jest to, że indukcyjność jest właściwością przewodnika przewodzącego prąd, który wytwarza pole magnetyczne wokół przewodnika, podczas gdy pojemność jest właściwością urządzenia do przechowywania i przechowywania ładunków elektrycznych.
Co to jest indukcyjność?
Indukcyjność to „właściwość przewodnika elektrycznego, dzięki której zmiana przepływającego przez niego prądu indukuje siłę elektromotoryczną w samym przewodniku”. Kiedy drut miedziany jest owinięty wokół żelaznego rdzenia, a dwie krawędzie cewki są umieszczone na zaciskach akumulatora, zespół cewki staje się magnesem. Zjawisko to występuje z powodu właściwości indukcyjności.
Teorie indukcyjności
Istnieje kilka teorii opisujących zachowanie i właściwości indukcyjności przewodnika przewodzącego prąd. Jedna z teorii wymyślona przez fizyka Hansa Christiana Ørsteda mówi, że pole magnetyczne B jest wytwarzane wokół przewodnika, gdy przepływa przez niego stały prąd I. W miarę jak zmienia się prąd, zmienia się również pole magnetyczne. Prawo Ørsteda jest uważane za pierwsze odkrycie związku między elektrycznością a magnetyzmem. Kiedy prąd odpływa od obserwatora, kierunek pola magnetycznego jest zgodny z ruchem wskazówek zegara.
Rysunek 01: Prawo Oersteda
Zgodnie z prawem indukcji Faradaya zmieniające się pole magnetyczne indukuje siłę elektromotoryczną (EMF) w pobliskich przewodnikach. Ta zmiana pola magnetycznego zależy od przewodnika, to znaczy albo pole może się zmieniać, albo przewodnik może poruszać się w stałym polu. Jest to najbardziej podstawowa podstawa generatorów elektrycznych.
Trzecia teoria to prawo Lenza, które mówi, że pole elektromagnetyczne generowane w przewodniku przeciwstawia się zmianie pola magnetycznego. Na przykład, jeśli przewód przewodzący zostanie umieszczony w polu magnetycznym i jeśli pole zostanie zredukowane, zgodnie z prawem Faradaya w przewodniku zostanie zaindukowana siła elektromotoryczna w kierunku, w którym indukowany prąd zrekonstruuje zmniejszone pole magnetyczne. Jeśli konstruuje się zmiana zewnętrznego pola magnetycznego d, EMF (ε) będzie indukować w przeciwnym kierunku. Te teorie zostały ugruntowane na wielu urządzeniach. Ta indukcja EMF w samym przewodniku nazywana jest samoindukcyjnością cewki, a zmiana prądu w cewce może również indukować prąd w innym pobliskim przewodniku. Nazywa się to indukcyjnością wzajemną.
ε=-dφ/dt
Tutaj znak ujemny wskazuje na opozycję EMG wobec zmiany pola magnetycznego.
Jednostki indukcyjności i aplikacji
Indukcyjność jest mierzona w Henry (H), jednostce SI nazwanej na cześć Josepha Henry'ego, który niezależnie odkrył indukcję. Indukcyjność jest oznaczona jako „L” w obwodach elektrycznych po nazwie Lenz.
Od klasycznego dzwonka elektrycznego po nowoczesne techniki bezprzewodowego przesyłania energii, indukcja była podstawową zasadą wielu innowacji. Jak wspomniano na początku tego artykułu, namagnesowanie cewki miedzianej jest używane w dzwonkach elektrycznych i przekaźnikach. Przekaźnik służy do przełączania dużych prądów przy użyciu bardzo małego prądu, który magnesuje cewkę, która przyciąga biegun przełącznika dużego prądu. Innym przykładem jest wyłącznik awaryjny lub wyłącznik różnicowoprądowy (RCCB). Tam przewody pod napięciem i neutralny zasilacza przechodzą przez oddzielne cewki, które mają ten sam rdzeń. W normalnych warunkach system jest zrównoważony, ponieważ prąd pod napięciem i neutralny jest taki sam. W przypadku upływu prądu w obwodzie domowym, prąd w dwóch cewkach będzie inny, tworząc niezrównoważone pole magnetyczne we wspólnym rdzeniu. W ten sposób biegun przełącznika przyciąga do rdzenia, nagle rozłączając obwód. Ponadto można podać szereg innych przykładów, takich jak transformator, system RF-ID, metoda bezprzewodowego ładowania mocy, kuchenki indukcyjne itp.
Induktory są również niechętne nagłym zmianom przepływających przez nie prądów. Dlatego sygnał o wysokiej częstotliwości nie przechodziłby przez cewkę indukcyjną; przejdą tylko wolno zmieniające się komponenty. Zjawisko to jest wykorzystywane w projektowaniu dolnoprzepustowych obwodów filtrów analogowych.
Co to jest pojemność?
Pojemność urządzenia mierzy zdolność do przechowywania w nim ładunku elektrycznego. Podstawowy kondensator składa się z dwóch cienkich warstw materiału metalicznego i materiału dielektrycznego umieszczonego pomiędzy nimi. Po przyłożeniu stałego napięcia do dwóch metalowych płytek, gromadzą się na nich przeciwne ładunki. Opłaty te pozostaną, nawet jeśli napięcie zostanie usunięte. Ponadto, gdy rezystancja R zostanie umieszczona łącząc dwie płytki naładowanego kondensatora, kondensator rozładowuje się. Pojemność C urządzenia jest definiowana jako stosunek między ładunkiem (Q) jaki utrzymuje, a przyłożonym napięciem v, aby go naładować. Pojemność jest mierzona Faradami (F).
C=Q/v
Czas potrzebny do naładowania kondensatora jest mierzony przez stałą czasową podaną w: R x C. Tutaj R jest rezystancją wzdłuż ścieżki ładowania. Stała czasowa to czas potrzebny kondensatorowi do naładowania 63% jego maksymalnej pojemności.
Właściwości pojemności i zastosowania
Kondensatory nie reagują na stałe prądy. Podczas ładowania kondensatora przepływający przez niego prąd zmienia się, dopóki nie zostanie w pełni naładowany, ale potem prąd nie przepływa przez kondensator. Dzieje się tak, ponieważ warstwa dielektryczna między metalowymi płytkami sprawia, że kondensator jest „wyłącznikiem”. Jednak kondensator reaguje na zmienne prądy. Podobnie jak prąd przemienny, zmiana napięcia AC może dalej ładować lub rozładowywać kondensator, czyniąc go „włącznikiem” dla napięć AC. Efekt ten jest używany do projektowania górnoprzepustowych filtrów analogowych.
Ponadto występują również negatywne skutki w pojemności. Jak wspomniano wcześniej, ładunki przenoszące prąd w przewodnikach tworzą pojemność między sobą, a także z pobliskimi obiektami. Efekt ten nazywany jest pojemnością rozproszoną. W liniach elektroenergetycznych pojemność błądząca może wystąpić pomiędzy każdą linią, jak również pomiędzy liniami a ziemią, konstrukcjami wsporczymi itp. Ze względu na duże prądy przez nie przenoszone, ten efekt błądzący znacząco wpływa na straty mocy w liniach elektroenergetycznych.
Rysunek 02: Równoległy kondensator płytowy
Jaka jest różnica między indukcyjnością a pojemnością?
Indukcyjność a pojemność |
|
| Indukcyjność to właściwość przewodników przewodzących prąd, która generuje pole magnetyczne wokół przewodnika. | Pojemność to zdolność urządzenia do przechowywania ładunków elektrycznych. |
| Pomiar | |
| Indukcyjność jest mierzona przez Henry'ego (H) i jest symbolizowana jako L. | Pojemność jest mierzona w Faradach (F) i jest symbolizowana jako C. |
| Urządzenia | |
| Komponent elektryczny związany z indukcyjnością jest znany jako cewki indukcyjne, które zwykle zwijają się z rdzeniem lub bez rdzenia. | Pojemność związana jest z kondensatorami. W obwodach stosowanych jest kilka rodzajów kondensatorów. |
| Zachowanie przy zmianie napięcia | |
| Reakcja cewek indukcyjnych na wolno zmieniające się napięcia. Napięcia AC o wysokiej częstotliwości nie mogą przechodzić przez cewki indukcyjne. | Napięcia AC o niskiej częstotliwości nie mogą przechodzić przez kondensatory, ponieważ działają one jako bariera dla niskich częstotliwości. |
| Użyj jako filtrów | |
| Indukcyjność jest dominującym składnikiem filtrów dolnoprzepustowych. | Pojemność jest dominującym składnikiem filtrów górnoprzepustowych. |
Podsumowanie – Indukcyjność a pojemność
Indukcyjność i pojemność to niezależne właściwości dwóch różnych komponentów elektrycznych. Podczas gdy indukcyjność jest właściwością przewodnika przewodzącego prąd do wytwarzania pola magnetycznego, pojemność jest miarą zdolności urządzenia do przechowywania ładunków elektrycznych. Obie te właściwości są wykorzystywane w różnych aplikacjach jako podstawa. Niemniej jednak stają się one również wadą pod względem strat mocy. Reakcja indukcyjności i pojemności na zmieniające się prądy wskazuje na odwrotne zachowanie. W przeciwieństwie do cewek indukcyjnych, które przepuszczają wolno zmieniające się napięcia AC, kondensatory blokują przechodzące przez nie napięcia o niskiej częstotliwości. To jest różnica między indukcyjnością a pojemnością.
