Ключова разлика – индуктивност срещу капацитет
Индуктивността и капацитетът са две от основните свойства на RLC веригите. Индукторите и кондензаторите, които са свързани съответно с индуктивност и капацитет, обикновено се използват в генератори на вълни и аналогови филтри. Ключовата разлика между индуктивност и капацитет е, че индуктивността е свойство на проводник, носещ ток, което генерира магнитно поле около проводника, докато капацитетът е свойство на устройство за задържане и съхраняване на електрически заряди.
Какво е индуктивност?
Индуктивността е „свойството на електрически проводник, чрез което промяна в тока през него индуцира електродвижеща сила в самия проводник“. Когато медна жица се увие около желязна сърцевина и двата края на намотката се поставят върху клемите на батерията, модулът на намотката се превръща в магнит. Това явление възниква поради свойството индуктивност.
Теории за индуктивността
Има няколко теории, които описват поведението и свойствата на индуктивността на тоководещ проводник. Една теория, измислена от физика Ханс Кристиан Ерстед, гласи, че магнитно поле B се генерира около проводника, когато през него преминава постоянен ток I. С промяната на тока се променя и магнитното поле. Законът на Ерстед се счита за първото откритие на връзката между електричеството и магнетизма. Когато токът се отдалечава от наблюдателя, посоката на магнитното поле е по посока на часовниковата стрелка.
Фигура 01: Закон на Ерстед
Съгласно закона за индукция на Фарадей, променящото се магнитно поле индуцира електродвижеща сила (ЕМС) в близките проводници. Тази промяна на магнитното поле е спрямо проводника, тоест или полето може да варира, или проводникът може да се движи през стабилно поле. Това е най-фундаменталната основа на електрическите генератори.
Третата теория е законът на Ленц, който гласи, че генерираният ЕМП в проводника се противопоставя на промяната на магнитното поле. Например, ако проводящ проводник се постави в магнитно поле и ако полето се намали, в проводника ще се индуцира ЕМП съгласно закона на Фарадей в посока, чрез която индуцираният ток ще реконструира намаленото магнитно поле. Ако промяната на външното магнитно поле d φ е конструираща, ЕМП (ε) ще индуцира в обратна посока. Тези теории са били обосновани с много устройства. Тази индукция на ЕМП в самия проводник се нарича самоиндукция на бобината и изменението на тока в бобината може да индуцира ток и в друг близък проводник. Това се нарича взаимна индуктивност.
ε=-dφ/dt
Тук отрицателният знак показва противопоставянето на ЕМГ на промяната на магнитното поле.
Единици за индуктивност и приложение
Индуктивността се измерва в Хенри (H), единицата SI, кръстена на Джоузеф Хенри, който независимо открива индукцията. Индуктивността се отбелязва като „L“в електрическите вериги след името на Ленц.
От класическата електрическа камбана до съвременните техники за безжичен пренос на енергия, индукцията е основният принцип в много иновации. Както бе споменато в началото на тази статия, намагнитването на медна намотка се използва за електрически звънци и релета. Релето се използва за превключване на големи токове, като се използва много малък ток, който магнетизира намотка, която привлича полюс на превключвател на големия ток. Друг пример е прекъсвачът за задействане или прекъсвачът за остатъчен ток (RCCB). Там живите и неутралните проводници на захранването преминават през отделни намотки, които споделят една и съща сърцевина. В нормално състояние системата е балансирана, тъй като токът в напрежение и неутрален е еднакъв. При изтичане на ток в домашната верига, токът в двете намотки ще бъде различен, създавайки небалансирано магнитно поле в общата сърцевина. По този начин полюсът на превключвателя се привлича към сърцевината, внезапно прекъсвайки веригата. Освен това могат да се дадат редица други примери като трансформатор, RF-ID система, метод за безжично зареждане, индукционни печки и др.
Дроселите също не са склонни към внезапни промени на тока през тях. Следователно, високочестотен сигнал няма да премине през индуктор; само бавно променящите се компоненти биха преминали. Това явление се използва при проектирането на нискочестотни аналогови филтърни вериги.
Какво е капацитет?
Капацитетът на едно устройство измерва способността да задържи електрически заряд в него. Основният кондензатор се състои от два тънки слоя от метален материал и диелектричен материал, поставен между тях. Когато се приложи постоянно напрежение към двете метални пластини, върху тях се съхраняват противоположни заряди. Тези такси ще останат дори ако напрежението бъде премахнато. Освен това, когато се постави съпротивление R, свързващо двете пластини на заредения кондензатор, кондензаторът се разрежда. Капацитетът C на устройството се определя като съотношението между заряда (Q), който държи, и приложеното напрежение v, за да го зареди. Капацитетът се измерва с фаради (F).
C=Q/v
Времето, необходимо за зареждане на кондензатора, се измерва чрез времеконстантата, дадена в: R x C. Тук R е съпротивлението по пътя на зареждане. Времевата константа е времето, необходимо на кондензатора да зареди 63% от максималния си капацитет.
Свойства на капацитета и приложение
Кондензаторите не реагират на постоянни токове. При зареждането на кондензатора токът през него варира до пълното му зареждане, но след това токът не преминава през кондензатора. Това е така, защото диелектричният слой между металните пластини прави кондензатора „превключвател за изключване“. Въпреки това, кондензаторът реагира на различни токове. Подобно на променливия ток, промяната на променливотоковото напрежение може допълнително да зарежда или разрежда кондензатор, което го прави „превключвател“за променливотоково напрежение. Този ефект се използва за проектиране на високочестотни аналогови филтри.
Освен това има отрицателни ефекти и в капацитета. Както бе споменато по-рано, зарядите, носещи ток в проводниците, създават капацитет помежду си, както и близките обекти. Този ефект се нарича паразитен капацитет. В електропреносните линии може да възникне паразитен капацитет между всяка линия, както и между линиите и земята, носещи конструкции и т.н. Поради големите токове, пренасяни от тях, този паразитен ефект значително влияе върху загубите на мощност в електропроводите.
Фигура 02: Кондензатор с паралелни пластини
Каква е разликата между индуктивност и капацитет?
Индуктивност срещу капацитет |
|
| Индуктивността е свойство на тоководещите проводници, което генерира магнитно поле около проводника. | Капацитетът е способността на устройството да съхранява електрически заряди. |
| Измерване | |
| Индуктивността се измерва чрез Хенри (H) и се символизира като L. | Капацитетът се измерва във фаради (F) и се символизира като C. |
| Устройства | |
| Електрическият компонент, свързан с индуктивността, е известен като индуктори, които обикновено се навиват със или без сърцевина. | Капацитетът е свързан с кондензаторите. Има няколко типа кондензатори, използвани във вериги. |
| Поведение при промяна на напрежението | |
| Отговор на индукторите на бавно променящи се напрежения. Високочестотните променливи напрежения не могат да преминат през индуктори. | Нискочестотните променливи напрежения не могат да преминат през кондензатори, тъй като те действат като бариера за ниските честоти. |
| Използване като филтри | |
| Индуктивността е доминиращият компонент в нискочестотните филтри. | Капацитетът е доминиращият компонент във високочестотните филтри. |
Обобщение – Индуктивност спрямо капацитет
Индуктивността и капацитетът са независими свойства на два различни електрически компонента. Докато индуктивността е свойство на проводника, носещ ток, да създава магнитно поле, капацитетът е мярка за способността на устройството да задържа електрически заряди. И двете свойства се използват в различни приложения като основа. Въпреки това, те също се превръщат в недостатък по отношение на загубите на мощност. Отговорът на индуктивността и капацитета на различни токове показва противоположно поведение. За разлика от индукторите, които пропускат бавно променящи се AC напрежения, кондензаторите блокират бавночестотните напрежения, преминаващи през тях. Това е разликата между индуктивност и капацитет.
