Rozdiel medzi indukčnosťou a kapacitou

Kľúčový rozdiel - indukčnosť verzus kapacita
 

Indukčnosť a kapacita sú dve z primárnych vlastností RLC obvodov. Induktory a kondenzátory, ktoré sú spojené s indukčnosťou a kapacitanciou, sa bežne používajú v generátoroch tvaru vlny a analógových filtroch. Kľúčový rozdiel medzi indukčnosťou a kapacitanciou je ten indukčnosť je vlastnosť vodiča prenášajúceho prúd, ktorý vytvára okolo vodiča magnetické pole kdežto kapacita je vlastnosť zariadenia na uchovávanie a ukladanie elektrických nábojov.

OBSAH
1. Prehľad a kľúčový rozdiel
2. Čo je indukčnosť
3. Čo je kapacita
4. Porovnanie bok po boku - indukčnosť verzus kapacita
5. Zhrnutie

Čo je indukčnosť?

Indukčnosť je „vlastnosť elektrického vodiča, ktorou zmena prúdu cez neho indukuje elektromotorickú silu v samotnom vodiči“. Keď je medený drôt ovinutý okolo železného jadra a dva okraje cievky sú umiestnené na póloch batérie, zostava cievky sa stáva magnetom. Tento jav sa vyskytuje v dôsledku vlastnosti indukčnosti.

Teórie indukčnosti

Existuje niekoľko teórií, ktoré opisujú správanie a vlastnosti indukčnosti vodiča prenášajúceho prúd. Jedna teória vynájdená fyzikom Hansom Christianom Ørstedom uvádza, že okolo vodiča sa vytvára magnetické pole B, keď ním prechádza konštantný prúd I. Ako sa mení prúd, mení sa aj magnetické pole. Ørstedov zákon sa považuje za prvý objav vzťahu medzi elektrinou a magnetizmom. Keď prúd tečie ďalej od pozorovateľa, smer magnetického poľa je v smere hodinových ručičiek.

Obrázok 01: Oerstedov zákon

Podľa Faradayov zákon indukcie, meniace sa magnetické pole indukuje elektromotorickú silu (EMF) v susedných vodičoch. Táto zmena magnetického poľa je relatívna vzhľadom na vodič, to znamená, že sa pole môže meniť, alebo sa vodič môže pohybovať cez stabilné pole. Toto je najzákladnejší základ elektrických generátorov.

Tretia teória je Lenzov zákon, ktorý uvádza, že generovaný EMF vo vodiči je proti zmene magnetického poľa. Napríklad, ak je vodivý drôt umiestnený v magnetickom poli a ak je toto pole zredukované, EMF sa indukuje do vodiča podľa Faradayovho zákona v smere, ktorým indukovaný prúd rekonštruuje redukované magnetické pole. Ak dôjde k zmene vonkajšieho magnetického poľa dφ sa stavia, EMF (ε) sa vyvolá opačným smerom. Tieto teórie boli zakomponované do mnohých zariadení. Táto indukcia EMF v samotnom vodiči sa nazýva samoindukčnosť cievky a kolísanie prúdu v cievke by mohlo indukovať prúd aj v inom blízkom vodiči. Toto sa nazýva vzájomná indukčnosť.

ε = -dφ / dt

Záporné znamenie tu znamená nesúhlas EMG so zmenou magnetického poľa.

Jednotky indukcie a aplikácie

Indukčnosť sa meria v Henrym (H), jednotke SI pomenovanej po Josephovi Henrym, ktorý indukciu objavil nezávisle. Indukčnosť je v elektrických obvodoch označená ako „L“ za menom Lenz.

Od klasického elektrického zvonu po moderné techniky bezdrôtového prenosu energie je indukcia základným princípom mnohých inovácií. Ako je uvedené na začiatku tohto článku, magnetizácia medenej cievky sa používa pre elektrické zvončeky a relé. Relé sa používa na prepínanie veľkých prúdov pomocou veľmi malého prúdu, ktorý magnetizuje cievku, ktorá priťahuje pól spínača veľkého prúdu. Iným príkladom je vypínač alebo prúdový chránič (RCCB). Tam sú živé a neutrálne vodiče napájania vedené cez samostatné cievky, ktoré zdieľajú rovnaké jadro. V normálnom stave je systém vyrovnaný, pretože prúd v živom a neutrálnom stave je rovnaký. Pri úniku prúdu v domácom obvode bude prúd v oboch cievkach odlišný, čím sa v zdieľanom jadre vytvorí nevyvážené magnetické pole. Spínací pól tak priťahuje jadro a náhle odpojí obvod. Okrem toho by bolo možné uviesť niekoľko ďalších príkladov, ako sú transformátor, systém RF-ID, metóda bezdrôtového nabíjania energie, indukčné variče atď..

Induktory sa tiež zdráhajú náhlymi zmenami prúdov. Preto by vysokofrekvenčný signál neprešiel induktorom; prejdú iba pomaly sa meniace komponenty. Tento jav sa používa pri navrhovaní nízkofrekvenčných analógových filtračných obvodov.

Čo je kapacita?

Kapacita zariadenia meria schopnosť držať elektrický náboj v ňom. Základný kondenzátor sa skladá z dvoch tenkých vrstiev kovového materiálu a dielektrického materiálu vloženého medzi nimi. Ak je na dve kovové dosky privedené konštantné napätie, na nich sa ukladajú opačné náboje. Tieto náboje zostanú aj po odpojení napätia. Ďalej, keď je umiestnený odpor R spájajúci dve dosky nabitého kondenzátora, kondenzátor sa vybíja. Kapacita C zariadenia je definovaný ako pomer medzi poplatkom (Q) drží a použité napätie, proti, účtovať to. Kapacitu meria Farads (F).

C = Q / v

Čas potrebný na nabitie kondenzátora sa meria časovou konštantou uvedenou v: R x C. Tu je R odpor pozdĺž nabíjacej cesty. Časová konštanta je čas, ktorý kondenzátor potrebuje na nabitie 63% svojej maximálnej kapacity.

Vlastnosti kapacity a aplikácie

Kondenzátory nereagujú na konštantné prúdy. Pri nabíjaní kondenzátora sa jeho prúd mení, až kým nie je úplne nabitý, ale potom prúd neprechádza kondenzátorom. Dôvodom je skutočnosť, že dielektrická vrstva medzi kovovými doskami robí kondenzátor „vypínačom“. Kondenzátor však reaguje na rôzne prúdy. Podobne ako pri striedavom prúde, zmena striedavého napätia by mohla ďalej nabíjať alebo vybíjať kondenzátor, čo z neho robí „prepínač“ pre striedavé napätie. Tento efekt sa používa na navrhovanie vysokofrekvenčných analógových filtrov.

Okrem toho existujú aj negatívne účinky na kapacitu. Ako už bolo spomenuté vyššie, náboje prenášajúce prúd vo vodičoch vytvárajú kapacitu medzi sebou, ako aj v blízkosti predmetov. Tento efekt sa nazýva rozptylová kapacita. Vo vedení na prenos energie môže dôjsť k rozptýlenej kapacite medzi jednotlivými vedeniami, ako aj medzi vedeniami a zemou, podpornými štruktúrami atď. V dôsledku veľkých prúdov, ktoré prenášajú, tieto rozptýlené účinky výrazne ovplyvňujú energetické straty v prenosových vedeních..

Obrázok 02: Kondenzátor s paralelnými doskami

 Aký je rozdiel medzi indukčnosťou a kapacitou?

Indukčnosť verzus kapacita
Indukčnosť je vlastnosť vodičov prenášajúcich prúd, ktorá vytvára okolo vodiča magnetické pole.	Kapacita je schopnosť zariadenia ukladať elektrické náboje.
meranie
Indukčnosť sa meria pomocou Henryho (H) a je označená ako L.	Kapacitancia sa meria vo Faradoch (F) a je označená ako C..
prístroje
Elektrická súčasť spojená s indukčnosťou je známa ako induktory, ktoré sa obvykle stočia do jadra alebo bez jadra.	Kapacitná kapacita je spojená s kondenzátormi. V obvodoch sa používa niekoľko typov kondenzátorov.
Správanie pri zmene napätia
Reakcia induktorov na pomaly sa meniace napätie. Vysokofrekvenčné striedavé napätie nemôže prechádzať cez induktory.	Nízkofrekvenčné striedavé napätie nemôže prechádzať kondenzátormi, pretože pôsobia ako prekážka pre nízke frekvencie.
Použiť ako filtre
Indukčnosť je dominantnou zložkou v dolnopriepustných filtroch.	Kapacitancia je dominantnou súčasťou vysokopásmových filtrov.

Zhrnutie - indukčnosť verzus kapacita

Indukčnosť a kapacita sú nezávislé vlastnosti dvoch rôznych elektrických komponentov. Zatiaľ čo indukčnosť je vlastnosťou vodiča prenášajúceho prúd, ktorý vytvára magnetické pole, kapacita je miera schopnosti zariadenia držať elektrické náboje. Ako tieto vlastnosti sa používajú v rôznych aplikáciách. Tieto sa však stávajú nevýhodou aj z hľadiska energetických strát. Odozva indukčnosti a kapacity na meniace sa prúdy naznačuje opačné správanie. Na rozdiel od induktorov, ktoré prechádzajú pomaly sa meniacim striedavým napätím, kondenzátory blokujú nízkofrekvenčné napätie, ktoré nimi prechádza. Toto je rozdiel medzi indukčnosťou a kapacitanciou.

referencie:
1.Sears, F. W., a Zemansky, M. W. (1964). Univerzitná fyzika. Chicago
2.Capacitance. (N.d.). Načítané 30. mája 2017, zo stránky http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3.Elektromagnetická indukcia. (2017, 03. mája). Načítané 30. mája 2017 z https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

S láskavým dovolením:
1. „Elektromagnetizmus“ používateľom: Stannered - Obrázok: Elektromagnetizmus.png (CC BY-SA 3.0) pomocou Commons Wikimedia
2. „Kondenzátor s paralelnými doskami“ Indukčným zaťažením - vlastný výkres (Public Domain) prostredníctvom Commons Wikimedia