Różnica między indukcyjnością a pojemnością

Kluczowa różnica - indukcyjność vs pojemność
 

Indukcyjność i pojemność to dwie podstawowe właściwości obwodów RLC. Cewki indukcyjne i kondensatory, które są związane odpowiednio z indukcyjnością i pojemnością, są powszechnie stosowane w generatorach fal i filtrach analogowych. Kluczowa różnica między indukcyjnością a pojemnością jest taka indukcyjność jest właściwością przewodnika przewodzącego prąd, który wytwarza pole magnetyczne wokół przewodnika natomiast pojemność jest właściwością urządzenia do przechowywania i przechowywania ładunków elektrycznych.

ZAWARTOŚĆ
1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to jest indukcyjność
3. Co to jest pojemność
4. Porównanie obok siebie - Indukcyjność a pojemność
5. Podsumowanie

Co to jest indukcyjność?

Indukcyjność to „właściwość przewodnika elektrycznego, przez którą zmiana prądu przez niego indukuje siłę elektromotoryczną w samym przewodniku”. Gdy drut miedziany jest owinięty wokół żelaznego rdzenia, a dwie krawędzie cewki są umieszczone na zaciskach akumulatora, zespół cewki staje się magnesem. Zjawisko to występuje ze względu na właściwość indukcyjności.

Teorie indukcyjności

Istnieje kilka teorii opisujących zachowanie i właściwości indukcyjności przewodu przewodzącego prąd. Jedna teoria wymyślona przez fizyka Hansa Christiana Ørsteda głosi, że pole magnetyczne B generowane jest wokół przewodnika, gdy przepływa przez niego prąd stały I. Wraz ze zmianami prądu zmienia się 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.

Ryc. 01: Prawo Oersteda

Według Prawo indukcji Faradaya, zmieniające się pole magnetyczne indukuje siłę elektromotoryczną (EMF) w pobliskich przewodnikach. Ta zmiana pola magnetycznego jest związana z przewodnikiem, 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, który stwierdza, że ​​wygenerowane pole elektromagnetyczne w przewodniku przeciwstawia się zmianie pola magnetycznego. Na przykład, jeśli drut przewodzący zostanie umieszczony w polu magnetycznym i jeśli pole zostanie zredukowane, pole elektromagnetyczne zostanie indukowane w przewodniku zgodnie z prawem Faradaya w kierunku, w którym indukowany prąd odtworzy zredukowane pole magnetyczne. Jeśli zmiana zewnętrznego pola magnetycznego reφ buduje EMF (ε) będzie indukować w przeciwnym kierunku. Teorie te zostały oparte na wielu urządzeniach. Ta indukcja elektromagnetyczna w samym przewodniku jest nazywana samoindukcyjnością cewki, a zmiana prądu w cewce może indukować prąd również w innym pobliskim przewodniku. Nazywa się to wzajemną indukcyjnością.

ε = -dφ / dt

Tutaj znak ujemny wskazuje na opór EMG wobec zmiany pola magnetycznego.

Jednostki indukcyjności i zastosowania

Indukcyjność 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 nazwie Lenz.

Od klasycznego dzwonka elektrycznego po nowoczesne techniki bezprzewodowego przenoszenia mocy, indukcja była podstawową zasadą wielu innowacji. Jak wspomniano na początku tego artykułu, magnetyzacja cewki miedzianej jest stosowana do dzwonków elektrycznych i przekaźników. Przekaźnik służy do przełączania dużych prądów za pomocą bardzo małego prądu, który magnesuje cewkę, która przyciąga biegun przełącznika dużego prądu. Innym przykładem jest wyłącznik awaryjny lub wyłącznik różnicowoprądowy (RCCB). Tam żywe i neutralne przewody zasilające są przepuszczane przez oddzielne cewki, które dzielą ten sam rdzeń. W normalnych warunkach system jest zrównoważony, ponieważ prąd na żywo i zero są takie same. W przypadku upływu prądu w obwodzie domowym prąd w dwóch cewkach będzie inny, tworząc niezrównoważone pole magnetyczne we wspólnym rdzeniu. W ten sposób biegun przełączający przyciąga do rdzenia, nagle odłączając obwód. Ponadto można podać szereg innych przykładów, takich jak transformator, system RF-ID, metoda bezprzewodowego ładowania zasilania, kuchenki indukcyjne itp..

Cewki indukcyjne są również niechętne nagłym zmianom przepływających przez nie prądów. Dlatego sygnał wysokiej częstotliwości nie przechodzi przez cewkę indukcyjną; przejdą tylko powoli zmieniające się komponenty. Zjawisko to stosuje się w projektowaniu analogowych obwodów filtra dolnoprzepustowego.

Co to jest pojemność?

Pojemność urządzenia mierzy zdolność do utrzymywania w nim ładunku elektrycznego. Podstawowy kondensator składa się z dwóch cienkich warstw materiału metalowego i materiału dielektrycznego umieszczonego pomiędzy nimi. Po przyłożeniu stałego napięcia do dwóch metalowych płyt, gromadzą się na nich przeciwne ładunki. Ładunki te pozostaną, nawet jeśli napięcie zostanie usunięte. Co więcej, po umieszczeniu rezystancji R łączącej dwie płyty naładowanego kondensatora kondensator rozładowuje się. Pojemność do urządzenia określa się jako stosunek ładunku (Q) utrzymuje i przyłożone napięcie, v, naładować. Pojemność mierzona jest za pomocą Farad (F).

C = Q / v

Czas potrzebny do naładowania kondensatora jest mierzony przez stałą czasową podaną w: R x C. Tutaj R oznacza rezystancję 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 prąd przez niego zmienia się, dopóki nie zostanie w pełni naładowany, ale potem prąd nie przepływa wzdłuż kondensatora. Wynika to z faktu, że warstwa dielektryczna między metalowymi płytkami sprawia, że ​​kondensator jest „wyłączany”. Jednak kondensator reaguje na różne prądy. Podobnie jak prąd przemienny, zmiana napięcia prądu przemiennego może dodatkowo ładować lub rozładowywać kondensator, co czyni go „włącznikiem” dla napięć prądu przemiennego. Ten efekt służy do projektowania górnoprzepustowych filtrów analogowych.

Ponadto występują również negatywne skutki w zakresie pojemności. Jak wspomniano wcześniej, ładunki przewodzące prąd w przewodach wytwarzają pojemność między sobą, a także w pobliżu obiektów. Ten efekt nazywa się jako zbłąkana pojemność. W liniach przesyłowych mocy pojemność rozproszona może występować między każdą linią, a także między liniami a ziemią, konstrukcjami wsporczymi itp. Ze względu na przenoszone przez nie duże prądy, efekt rozproszenia znacznie wpływa na straty mocy w liniach przesyłowych mocy.

Rysunek 02: Kondensator płytowy równoległy

 Jaka jest różnica między indukcyjnością a pojemnością?

Indukcyjność a pojemność
Indukcyjność jest właściwością przewodników przewodzących prąd, które wytwarzają pole magnetyczne wokół przewodnika.	Pojemność to zdolność urządzenia do przechowywania ładunków elektrycznych.
Pomiary
Indukcyjność mierzona jest przez Henry'ego (H) i jest symbolizowana jako L..	Pojemność mierzona jest w faradach (F) i jest symbolizowana jako C.
Urządzenia
Element elektryczny związany z indukcyjnością jest znany jako cewki indukcyjne, które zwykle cewki z rdzeniem lub bez rdzenia.	Pojemność związana jest z kondensatorami. Istnieje kilka rodzajów kondensatorów stosowanych w obwodach.
Zachowanie przy zmianie napięcia
Reakcja cewek na wolno zmieniające się napięcia. Napięcia prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości nie mogą przechodzić przez cewki indukcyjne.	Napięcia prądu przemiennego niskiej częstotliwości nie mogą przechodzić przez kondensatory, ponieważ działają one jak 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. Chociaż indukcyjność jest właściwością przewodnika przewodzącego prąd do budowy pola magnetycznego, 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 pod względem strat mocy. Reakcja indukcyjności i pojemności na zmienne prądy wskazuje na przeciwne zachowanie. W przeciwieństwie do cewek indukujących wolno zmieniające się napięcia prądu przemiennego, kondensatory blokują przepływające przez nie napięcia o niskiej częstotliwości. Jest to różnica między indukcyjnością a pojemnością.

Odniesienie:
1.Sears, F. W. i Zemansky, M. W. (1964). Fizyka uniwersytecka. Chicago
2. Pojemność. (n.d.). Pobrano 30 maja 2017 r. Z http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3. Indukcja elektromagnetyczna. (2017, 03 maja). Pobrano 30 maja 2017 r. Z https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

Zdjęcie dzięki uprzejmości:
1. „Elektromagnetyzm” przez użytkownika: Stannered - Zdjęcie: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia
2. „Kondensator płytowy równoległy” Przez ładunek indukcyjny - własny rysunek (domena publiczna) przez Commons Wikimedia