Kľúčový rozdiel - indukčnosť vs kapacita
Indukčnosť a kapacita sú dve základné vlastnosti obvodov RLC. Induktory a kondenzátory, ktoré sú spojené s indukčnosťou a kapacitanciou, sa bežne používajú v generátoroch kriviek a analógových filtroch. Kľúčový rozdiel medzi indukčnosťou a kapacitou spočíva v tom, že indukčnosť je vlastnosťou vodiča prenášajúceho prúd, ktorý vytvára magnetické pole okolo vodiča, zatiaľ čo kapacita je vlastnosťou zariadenia na zadržiavanie a ukladanie elektrických nábojov.
OBSAH
1. Prehľad a kľúčový rozdiel
2. Čo je indukčnosť
3. Čo je kapacita
4. Vedľajšie porovnanie - indukčnosť vs. kapacita
5. Zhrnutie
Čo je indukčnosť?
Indukčnosť je „vlastnosť elektrického vodiča, ktorou zmena prúdu, ktorá ním prechádza, indukuje elektromotorickú silu v samotnom vodiči“. Keď je medený drôt obalený okolo železného jadra a dva okraje cievky sú umiestnené na svorkách batérie, zo zostavy cievky sa stane magnet. Tento jav sa vyskytuje v dôsledku vlastnosti indukčnosti.
Teórie indukčnosti
Existuje niekoľko teórií, ktoré popisujú správanie a vlastnosti indukčnosti vodiča prenášajúceho prúd. Jedna teória, ktorú vytvoril fyzik Hans Christian Ørsted, uvádza, že magnetické pole B sa vytvára okolo vodiča, keď ním prechádza konštantný prúd I. So zmenami prúdu sa mení aj magnetické pole. Ørstedov zákon sa považuje za prvý objav vzťahu medzi elektrinou a magnetizmom. Keď prúd prúdi od pozorovateľa, smer magnetického poľa je v smere hodinových ručičiek.
Obrázok 01: Oerstedov zákon
Podľa Faradayovho indukčného zákona indukuje meniace sa magnetické pole elektromotorickú silu (EMF) v blízkych vodičoch. Táto zmena magnetického poľa je relatívna k vodiču, to znamená, že buď sa pole môže meniť, alebo sa vodič môže pohybovať stabilným poľom. Toto je najzákladnejší základ elektrických generátorov.
Treťou teóriou je Lenzov zákon, ktorý hovorí, že generovaný EMF vo vodiči je proti zmene magnetického poľa. Napríklad, ak je vodivý drôt umiestnený v magnetickom poli a ak je pole zmenšené, bude vo vodiči indukovaný EMF podľa Faradayovho zákona v smere, ktorým indukovaný prúd rekonštruuje redukované magnetické pole. Ak sa zmena vonkajšieho magnetického poľa d φ buduje, EMF (ε) bude indukovať v opačnom smere. Tieto teórie boli založené na mnohých zariadeniach. Táto indukcia EMF v samotnom vodiči sa nazýva samoindukčnosť cievky a zmena prúdu v cievke by mohla indukovať prúd aj v ďalšom blízkom vodiči. Toto sa nazýva vzájomná indukčnosť.
ε = -dφ / dt
Tu záporné znamienko označuje opozíciu EMG voči zmene magnetického poľa.
Jednotky indukčnosti a uplatnenia
Indukčnosť sa meria v Henry (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 zvončeka po moderné bezdrôtové techniky prenosu energie je indukcia základným princípom v mnohých inováciách. Ako bolo 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. Ďalším príkladom je vypínací spínač alebo prúdový chránič (RCCB). Tam sú živé a nulové vodiče napájania vedené cez samostatné cievky, ktoré zdieľajú rovnaké jadro. Za normálnych podmienok je systém vyvážený, pretože prúd v živom aj neutrálnom režime je rovnaký. Pri úniku prúdu v domácom obvode bude prúd v dvoch cievkach odlišný, čo vytvára nevyvážené magnetické pole v zdieľanom jadre. Pretok jadru priťahuje spínací pól, ktorý náhle odpojí obvod. Ďalej je možné uviesť množstvo ďalších príkladov, ako je transformátor, systém RF-ID, metóda bezdrôtového nabíjania energie, indukčné sporáky atď.
Induktory sa tiež zdráhajú k náhlym zmenám prúdov, ktoré nimi prechádzajú. Preto by vysokofrekvenčný signál neprešiel cez induktor; prešli by iba pomaly sa meniace komponenty. Tento jav sa využíva pri navrhovaní nízkopriepustných analógových filtračných obvodov.
Čo je kapacita?
Kapacita zariadenia meria schopnosť udržať v ňom elektrický náboj. Základný kondenzátor je zložený z dvoch tenkých vrstiev kovového materiálu a medzi nimi vloženého dielektrického materiálu. Keď je na dve kovové dosky privedené konštantné napätie, ukladajú sa na ne opačné náboje. Tieto náboje zostanú, aj keď je napätie odpojené. Ďalej, keď je kladený odpor R spájajúci dve dosky nabitého kondenzátora, kondenzátor sa vybije. Kapacita C zariadenia je definovaná ako pomer medzi nábojom (Q), ktorý drží, a aplikovaným napätím, v, na jeho nabitie. Kapacita sa meria pomocou Faradsa (F).
C = Q / v
Čas potrebný na nabitie kondenzátora sa meria časovou konštantou uvedenou v: R x C. Tu R predstavuje odpor pozdĺž nabíjacej dráhy. Časová konštanta je čas, ktorý kondenzátor potrebuje na nabitie 63% svojej maximálnej kapacity.
Vlastnosti kapacity a použitia
Kondenzátory nereagujú na konštantné prúdy. Pri nabíjaní kondenzátora sa prúd cez neho mení, kým nie je úplne nabitý, ale potom prúd neprechádza pozdĺž kondenzátora. Je to preto, že dielektrická vrstva medzi kovovými doskami robí kondenzátor „vypnutým“. Kondenzátor však reaguje na rôzne prúdy. Rovnako ako striedavý prúd, zmena striedavého napätia by mohla ďalej nabíjať alebo vybíjať kondenzátor, čo z neho robí „vypínač“pre striedavé napätia. Tento efekt sa používa na návrh vysokopriepustných analógových filtrov.
Ďalej existujú aj negatívne účinky na kapacitu. Ako už bolo spomenuté vyššie, náboje vedúce prúd vo vodičoch vytvárajú kapacitu medzi sebou navzájom, ako aj medzi blízkymi objektmi. Tento efekt sa nazýva rozptýlená kapacita. V elektrických prenosových vedeniach môže dôjsť k rozptýlenej kapacite medzi každým vedením, ako aj medzi vedeniami a zemou, nosnými konštrukciami atď. Kvôli veľkým prúdom, ktoré vedú, tieto rozptýlené efekty významne ovplyvňujú straty energie v prenosových vedeniach.
Obrázok 02: Paralelný doskový kondenzátor
Aký je rozdiel medzi indukčnosťou a kapacitou?
Rozdielny článok v strede pred tabuľkou
Induktancia vs kapacita |
|
| Indukčnosť je vlastnosť vodičov prenášajúcich prúd, ktorá generuje magnetické pole okolo vodiča. | Kapacita je schopnosť zariadenia ukladať elektrické náboje. |
| Meranie | |
| Indukčnosť sa meria pomocou Henryho (H) a symbolizuje sa ako L. | Kapacita sa meria vo Faradoch (F) a symbolizuje sa ako C. |
| Zariadenia | |
| Elektrická súčiastka spojená s indukčnosťou je známa ako tlmivky, ktoré obvykle cievky tvoria s jadrom alebo bez jadra. | Kapacita je spojená s kondenzátormi. V obvodoch sa používa niekoľko typov kondenzátorov. |
| Správanie pri zmene napätia | |
| Reakcia induktorov na pomaly sa meniace napätia. Vysokofrekvenčné striedavé napätia nemôžu prechádzať cez tlmivky. | Nízkofrekvenčné striedavé napätia nemôžu prechádzať kondenzátormi, pretože pôsobia ako bariéra pre nízke frekvencie. |
| Použiť ako filtre | |
| Indukčnosť je dominantnou zložkou nízkopriepustných filtrov. | Kapacita je dominantným komponentom vo vysokopriepustných filtroch. |
Zhrnutie - indukčnosť vs kapacita
Indukčnosť a kapacita sú nezávislé vlastnosti dvoch rôznych elektrických komponentov. Zatiaľ čo indukčnosť je vlastnosťou vodiča prenášajúceho prúd na vytváranie magnetického poľa, kapacita je mierou schopnosti zariadenia zadržiavať elektrické náboje. Obe tieto vlastnosti sa používajú ako základ pri rôznych aplikáciách. Napriek tomu sa stávajú nevýhodou aj z hľadiska energetických strát. Odozva indukčnosti a kapacity na rôzne prúdy naznačuje opačné správanie. Na rozdiel od induktorov, ktoré prechádzajú pomaly sa meniacim striedavým napätím, kondenzátory blokujú nízkofrekvenčné napätia, ktoré nimi prechádzajú. To je rozdiel medzi indukčnosťou a kapacitou.
