Forskjellen mellom induktans og kapasitans
Share
Nøkkelforskjell - Induktans vs Kapasitans
Induktans og kapasitans er to av de primære egenskapene til RLC kretser. Induktorer og kondensatorer, som er forbundet med induktans og kapasitans henholdsvis, blir ofte brukt i bølgeformgeneratorer og analogfiltre. Hovedforskjellen mellom induktans og kapasitans er det induktans er en egenskap av en strømbærende leder som genererer et magnetfelt rundt lederen mens kapasitans er en egenskap av en enhet for å holde og lagre elektriske ladninger.
INNHOLD
1. Oversikt og nøkkelforskjell
2. Hva er induktans
3. Hva er kapasitans
4. Side ved side-sammenligning - Induktans vs kapasitans
5. Sammendrag
Hva er induktans?
Induktans er "egenskapen til en elektrisk leder ved hvilken en forandring av strøm gjennom den induserer en elektromotorisk kraft i lederen selv". Når en kobbertråd vikles rundt en jernkjerne og de to kanter av spolen er plassert på batteriterminaler, blir spoleenheten en magnet. Dette fenomenet oppstår på grunn av egenskapen til induktans.
Teorier om induktans
Det er flere teorier som beskriver oppførselen og egenskapene til induktansen til en strømbærende leder. En teori oppfunnet av fysikeren, Hans Christian Ørsted, sier at et magnetfelt, B, genereres rundt lederen når en konstant strøm, jeg, går gjennom den. Som gjeldende endringer, det gjør også magnetfeltet. Ørsteds lov regnes som den første oppdagelsen av forholdet mellom elektrisitet og magnetisme. Når strømmen flyter bort fra observatøren, er retningen av magnetfeltet med klokken.
Figur 01: Oersteds lov
I følge Faradays lov om induksjon, et skiftende magnetfelt induserer en elektromotorisk kraft (EMF) i nærliggende ledere. Denne forandringen av magnetfeltet er i forhold til lederen, det vil si at enten feltet kan variere, eller lederen kan bevege seg gjennom et jevnt felt. Dette er det mest grunnleggende grunnlaget for elektriske generatorer.
Den tredje teorien er Lenzs lov, som sier at den genererte EMF i lederen motsetter seg forandringen av magnetfeltet. For eksempel hvis en ledende ledning er plassert i et magnetfelt, og hvis feltet blir redusert, vil en EMF bli indusert i lederen i henhold til Faradays lov i en retning hvor den induserte strøm vil rekonstruere det reduserte magnetfeltet. Hvis endringen av det eksterne magnetfeltet dφ er å bygge, EMF (ε) vil indusere i motsatt retning. Disse teoriene har blitt grunnlaget for mange enheter. Denne EMF-induksjonen i selve lederen kalles selvinduktans av spolen, og variasjonen av strømmen i en spole kan forårsake en strøm i en annen nærliggende leder også. Dette kalles som gjensidig induktans.
ε = -dφ / dt
Her angir det negative tegnet opposisjonen til EMG til endringen av magnetfeltet.
Induktans- og applikasjonsenheter
Induktansen måles i Henry (H), SI-enheten oppkalt etter Joseph Henry som oppdaget induksjonen uavhengig. Induktans er kjent som 'L' i elektriske kretser etter navnet Lenz.
Fra den klassiske elektriske klokken til moderne trådløse kraftoverførende teknikker har induksjon vært det grunnleggende prinsippet i mange innovasjoner. Som nevnt i begynnelsen av denne artikkelen, brukes magnetisering av en kobberspole til elektriske klokker og reléer. Et relé brukes til å bytte store strømmer ved hjelp av en meget liten strøm som magnetiserer en spole som tiltrekker en pol av en bryter av den store strømmen. Et annet eksempel er turbryteren eller reststrømbryteren (RCCB). Der blir de levende og nøytrale ledningene av forsyningen passert gjennom separate spoler som deler den samme kjernen. I en normal tilstand er systemet balansert siden strømmen i live og nøytral er den samme. Ved en nåværende lekkasje i hjemmekredsløpet vil strømmen i de to spolene være forskjellige, noe som gjør et ubalansert magnetfelt i den felles kjernen. Dermed tiltrekker en bryterpole til kjernen, plutselig kobler kretsen. Videre kan en rekke andre eksempler som transformer, RF-ID-system, trådløs strømladningsmetode, induksjonskokere, etc. gis.
Induktorer er også motvillige overfor plutselige strømforandringer gjennom dem. Derfor ville et høyfrekvenssignal ikke passere gjennom en induktor; bare sakte skiftende komponenter ville passere. Dette fenomenet er ansatt ved utforming av lavpass analoge filterkretser.
Hva er kapasitans?
Kapasitansen til en enhet måler muligheten til å holde en elektrisk ladning i den. En grunnkondensator består av to tynne filmer av metallisk materiale og et dielektrisk materiale som er innfestet mellom dem. Når en konstant spenning påføres de to metallplater, blir motsatt ladning lagret på dem. Disse kostnadene forblir selv om spenningen er fjernet. Videre, når motstand R er plassert sammen med de to platene på den ladede kondensatoren, tømmes kondensatoren ut. Kapasitansen C av enheten er definert som forholdet mellom ladningen (Q) den holder og den påførte spenningen, v, å lade den. Kapasitans er målt av Farads (F).
C = Q / v
Tiden som er tatt for å lade kondensatoren, måles av tidskonstanten gitt i: R x C. Her er R motstanden langs ladestien. Tidskonstant er tiden som kondensatoren tar for å lade 63% av sin maksimale kapasitet.
Egenskaper for kapasitans og applikasjon
Kondensatorer reagerer ikke på konstante strømmer. Ved ladingen av kondensatoren varierer strømmen gjennom den til den er fulladet, men etter det går ikke strømmen langs kondensatoren. Dette skyldes at det dielektriske laget mellom metallplatene gjør kondensatoren til en "avbryter". Kondensatoren reagerer imidlertid på varierende strømmer. Som vekselstrøm kan bytte av vekselstrømspenningen ytterligere lade opp eller utlad en kondensator som gjør det til en "bryter" for vekselstrømspenninger. Denne effekten brukes til å designe høypass analogfiltre.
Videre er det også negative effekter i kapasitans. Som nevnt tidligere gjør ladningene som bærer strøm i ledere kapasitans mellom hverandre og nærliggende objekter. Denne effekten kalles som sviktkapasitans. I kraftoverføringsledninger kan den svingete kapasitansen oppstå mellom hver linje samt mellom linjene og jorden, understøttende strukturer etc. På grunn av de store strømmer som de bærer, påvirker disse bortfallseffektene kraftig kraftforstyrrelser i kraftoverføringslinjer.
Figur 02: Parallell plate kondensator
Hva er forskjellen mellom induktans og kapasitans?
Induktans vs kapasitans | |
| Induktans er en egenskap av nåværende bæreledere som genererer et magnetfelt rundt lederen. | Kapasitans er evnen til en enhet til å lagre elektriske ladninger. |
| Mål | |
| Induktansen måles av Henry (H) og er symbolisert som L. | Kapasitans er målt i Farads (F) og er symbolisert som C. |
| enheter | |
| Den elektriske komponenten forbundet med induktans er kjent som induktorer, som vanligvis spoler med en kjerne eller uten en kjerne. | Kapasitans er knyttet til kondensatorer. Det finnes flere typer kondensatorer som brukes i kretser. |
| Bevegelse ved spenningsendring | |
| Inductors respons på langsomt skiftende spenninger. Høyfrekvensspenninger kan ikke passere gjennom induktorer. | Lavfrekvensspenninger kan ikke passere kondensatorer, da de fungerer som en barriere for lave frekvenser. |
| Bruk som filtre | |
| Induktans er den dominerende komponenten i lavpasfiltre. | Kapasitans er den dominerende komponenten i høypassfilter. |
Sammendrag - Induktans vs kapasitans
Induktans og kapasitans er uavhengige egenskaper til to forskjellige elektriske komponenter. Mens induktansen er en egenskap av en strømbærende leder for å bygge et magnetfelt, er kapasitans et mål på evnen til en enhet til å holde elektriske ladninger. Begge disse egenskapene brukes i ulike applikasjoner som grunnlag. Likevel blir disse også en ulempe når det gjelder strømtap. Responsen av induktans og kapasitans til varierende strømmer indikerer motsatt oppførsel. I motsetning til induktorer som passerer langsomme vekselstrømspenninger, blokkerer kondensatorer langsomme frekvensspenninger som passerer gjennom dem. Dette er forskjellen mellom induktans og kapasitans.
Henvisning:
1.Sears, F.W., & Zemansky, M.W. (1964). Universitetsfysikk.Chicago
2.Capacitance. (N.d.). Hentet 30. mai 2017, fra http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3.Elektromagnetisk induksjon. (2017, mai 03). Hentet 30. mai 2017, fra https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law
Bilde Courtesy:
1. "Elektromagnetisme" Av bruker: Stannered - Bilde: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Parallell plate kondensator" Ved inductiveload - egen tegning (Public Domain) via Commons Wikimedia
