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 przenoszącego prąd, który generuje pole magnetyczne wokół przewodnika, podczas gdy pojemność jest właściwością urządzenia do utrzymywania i przechowywania ładunków elektrycznych.
SPIS TREŚCI
1. Przegląd i kluczowe różnice
2. Czym jest indukcyjność
3. Czym jest pojemność
4. Porównanie obok siebie - indukcyjność a pojemność
5. Podsumowanie
Co to jest indukcyjność?
Indukcyjność to „właściwość przewodnika elektrycznego, dzięki której zmiana prądu płynącego przez niego 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, głosi, że pole magnetyczne B jest generowane wokół przewodnika, gdy przepływa przez niego stały prąd I. Pole magnetyczne zmienia się wraz ze zmianami prądu. 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 jest zależna od przewodnika, to znaczy albo pole może się zmieniać, albo przewodnik może poruszać się w stałym polu. To jest najbardziej fundamentalna podstawa generatorów elektrycznych.
Trzecią teorią jest prawo Lenza, które głosi, że generowana w przewodniku siła elektromagnetyczna przeciwdziała zmianie pola magnetycznego. Na przykład, jeśli przewód przewodzący zostanie umieszczony w polu magnetycznym i jeśli pole zostanie zredukowane, w przewodniku zostanie indukowana siła elektromagnetyczna zgodnie z prawem Faradaya w kierunku, w którym indukowany prąd zrekonstruuje zredukowane pole magnetyczne. Jeśli konstruuje się zmiana zewnętrznego pola magnetycznego d φ, EMF (ε) będzie indukować w przeciwnym kierunku. Te teorie zostały ugruntowane na wielu urządzeniach. Ta indukcja pola elektromagnetycznego w samym przewodniku nazywana jest indukcyjnością własną 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 zastosowania
Indukcję mierzy się w Henryku (H), jednostce SI nazwanej na cześć Josepha Henry'ego, który odkrył indukcję niezależnie. Indukcyjność jest oznaczana jako „L” w obwodach elektrycznych po nazwisku Lenz.
Od klasycznego dzwonka elektrycznego do nowoczesnych technik bezprzewodowego przenoszenia mocy, indukcja była podstawową zasadą wielu innowacji. Jak wspomniano na początku tego artykułu, namagnesowanie miedzianej cewki jest wykorzystywane do dzwonków elektrycznych i przekaźników. Przekaźnik służy do przełączania dużych prądów przy użyciu bardzo małego prądu, który magnesuje cewkę, która przyciąga biegun przełącznika o dużym natężeniu. Innym przykładem jest wyłącznik samoczynny lub wyłącznik różnicowoprądowy (RCCB). Tam żyły i neutralny przewód zasilający 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, powodując niezrównoważone pole magnetyczne we wspólnym rdzeniu. A zatem,biegun przełącznika przyciąga się do rdzenia, nagle odłączając obwód. Ponadto można podać szereg innych przykładów, takich jak transformator, system RF-ID, metoda ładowania bezprzewodowego, kuchenki indukcyjne itp.
Induktory są również niechętne do nagłych zmian prądów przez nie. Dlatego sygnał o wysokiej częstotliwości nie przechodzi przez cewkę indukcyjną; przejdą tylko powoli zmieniające się komponenty. Zjawisko to jest wykorzystywane przy projektowaniu analogowych obwodów filtrów dolnoprzepustowych.
Co to jest pojemność?
Pojemność urządzenia mierzy zdolność utrzymywania w nim ładunku elektrycznego. Podstawowy kondensator składa się z dwóch cienkich warstw materiału metalicznego i umieszczonego między nimi materiału dielektrycznego. Kiedy do dwóch metalowych płyt przyłożone jest stałe napięcie, gromadzą się na nich przeciwne ładunki. Ładunki te pozostaną nawet po usunięciu napięcia. Ponadto, gdy opór R zostanie umieszczony łącząc dwie płytki naładowanego kondensatora, kondensator rozładuje się. Pojemność C urządzenia jest definiowana jako stosunek między ładunkiem (Q), które utrzymuje, a przyłożonym napięciem v, aby je naładować. Pojemność jest mierzona przez Faradsa (F).
C = Q / v
Czas potrzebny do naładowania kondensatora jest mierzony stałą czasową podaną w: R x C. Tutaj R to rezystancja wzdłuż ścieżki ładowania. Stała czasowa to czas, w którym kondensator ładuje 63% jego maksymalnej pojemności.
Właściwości pojemności i aplikacji
Kondensatory nie reagują na stałe prądy. Podczas ładowania kondensatora prąd płynący przez niego zmienia się, aż do pełnego naładowania, 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 w przypadku prądu przemiennego, zmiana napięcia przemiennego może dodatkowo naładować lub rozładować kondensator, czyniąc go włącznikiem dla napięć przemiennych. Ten efekt jest używany do projektowania górnoprzepustowych filtrów analogowych.
Co więcej, istnieją również negatywne skutki w pojemności. Jak wspomniano wcześniej, ładunki przenoszące prąd w przewodnikach tworzą pojemność między sobą, a także pobliskimi obiektami. Efekt ten nazywany jest pojemnością zabłąkaną. W liniach elektroenergetycznych pojemność błądząca może występować między każdą linią, jak również między liniami a ziemią, konstrukcjami wsporczymi itp. Ze względu na duże prądy przez nie przenoszone, efekt błądzenia znacząco wpływa na straty mocy w liniach przesyłowych.
Rysunek 02: Równoległy kondensator płytkowy
Jaka jest różnica między indukcyjnością a pojemnością?
Porównaj środek artykułu przed tabelą
Indukcyjność a pojemność |
|
| Indukcyjność jest właściwością przewodników przewodzących prąd, która generuje pole magnetyczne wokół przewodnika. | Pojemność to zdolność urządzenia do przechowywania ładunków elektrycznych. |
| Pomiary | |
| Indukcyjność jest mierzona przez Henry'ego (H) i jest symbolizowana jako L. | Pojemność jest mierzona w Faradach (F) i jest oznaczona jako C. |
| Urządzenia | |
| Komponent elektryczny związany z indukcyjnością jest znany jako cewki indukcyjne, które zwykle uzwojenia z rdzeniem lub bez rdzenia. | Pojemność jest związana z kondensatorami. W obwodach stosowanych jest kilka typów kondensatorów. |
| Zachowanie przy zmianie napięcia | |
| Reakcja cewek na wolno zmieniające się napięcia. Napięcia AC o wysokiej częstotliwości nie mogą przechodzić przez cewki indukcyjne. | Napięcia prądu przemiennego o niskiej częstotliwości nie mogą przechodzić przez kondensatory, ponieważ stanowią barierę dla niskich częstotliwości. |
| Użyj jako filtrów | |
| Indukcyjność jest dominującym składnikiem filtrów dolnoprzepustowych. | W filtrach górnoprzepustowych dominującym składnikiem jest pojemność. |
Podsumowanie - Indukcyjność a pojemność
Indukcyjność i pojemność to niezależne właściwości dwóch różnych elementów elektrycznych. Podczas gdy indukcyjność jest właściwością przewodnika przenoszącego prąd i buduje pole magnetyczne, pojemność jest miarą zdolności urządzenia do utrzymywania ładunków elektrycznych. Obie te właściwości są wykorzystywane w różnych aplikacjach jako podstawa. Niemniej jednak stają się one również wadą ze względu na straty mocy. Reakcja indukcyjności i pojemności na zmienne prądy wskazuje na odwrotne zachowanie. W przeciwieństwie do cewek indukcyjnych, które przenoszą wolno zmieniające się napięcia przemienne, kondensatory blokują przechodzące przez nie napięcia o niskiej częstotliwości. To jest różnica między indukcyjnością a pojemnością.
