Diferența cheie – Inductanță vs Capacitate
Inductanța și capacitatea sunt două dintre proprietățile principale ale circuitelor RLC. Inductoarele și condensatoarele, care sunt asociate cu inductanța și respectiv capacitatea, sunt utilizate în mod obișnuit în generatoarele de forme de undă și filtrele analogice. Diferența cheie dintre inductanță și capacitate este că inductanța este o proprietate a unui conductor care transportă curent care generează un câmp magnetic în jurul conductorului, în timp ce capacitatea este o proprietate a unui dispozitiv de a menține și stoca sarcini electrice.
Ce este inductanța?
Inductanța este „proprietatea unui conductor electric prin care o modificare a curentului prin el induce o forță electromotoare în conductorul însuși”. Când un fir de cupru este înfășurat în jurul unui miez de fier și cele două margini ale bobinei sunt plasate pe bornele bateriei, ansamblul bobinei devine un magnet. Acest fenomen are loc datorită proprietății inductanței.
Teoriile inductanței
Există mai multe teorii care descriu comportamentul și proprietățile inductanței unui conductor care transportă curent. O teorie inventată de fizicianul, Hans Christian Ørsted, afirmă că un câmp magnetic, B, este generat în jurul conductorului atunci când un curent constant, I, trece prin el. Pe măsură ce curentul se schimbă, se schimbă și câmpul magnetic. Legea lui Ørsted este considerată prima descoperire a relației dintre electricitate și magnetism. Când curentul se îndepărtează de observator, direcția câmpului magnetic este în sensul acelor de ceasornic.
Figura 01: Legea lui Oersted
Conform legii inducției lui Faraday, un câmp magnetic în schimbare induce o forță electromotoare (EMF) în conductorii din apropiere. Această modificare a câmpului magnetic este relativă la conductor, adică fie câmpul poate varia, fie conductorul se poate mișca printr-un câmp constant. Aceasta este cea mai fundamentală bază a generatoarelor electrice.
A treia teorie este legea lui Lenz, care afirmă că EMF generată în conductor se opune modificării câmpului magnetic. De exemplu, dacă un fir conductor este plasat într-un câmp magnetic și dacă câmpul este redus, un EMF va fi indus în conductor conform Legii lui Faraday într-o direcție în care curentul indus va reconstrui câmpul magnetic redus. Dacă modificarea câmpului magnetic extern d φ se construiește, EMF (ε) va induce în direcția opusă. Aceste teorii au fost bazate pe multe dispozitive. Această inducție EMF în conductorul în sine se numește auto-inductanță a bobinei, iar variația curentului într-o bobină ar putea induce un curent și într-un alt conductor din apropiere. Aceasta se numește inductanță reciprocă.
ε=-dφ/dt
Aici, semnul negativ indică opoziția EMG-ului la modificarea câmpului magnetic.
Unități de inductanță și aplicație
Inductanța este măsurată în Henry (H), unitatea SI numită după Joseph Henry, care a descoperit inducția independent. Inductanța este notă ca „L” în circuitele electrice după numele lui Lenz.
De la clopotul electric clasic la tehnicile moderne de transfer de putere fără fir, inducția a fost principiul de bază în multe inovații. După cum s-a menționat la începutul acestui articol, magnetizarea unei bobine de cupru este utilizată pentru sonerii și relee electrice. Un releu este folosit pentru a comuta curenți mari folosind un curent foarte mic care magnetizează o bobină care atrage un pol al unui comutator de curent mare. Un alt exemplu este întrerupătorul de declanșare sau întrerupătorul de circuit de curent rezidual (RCCB). Acolo, firele sub tensiune și neutru ale sursei sunt trecute prin bobine separate care împart același miez. Într-o stare normală, sistemul este echilibrat, deoarece curentul în curent și în neutru este același. La o scurgere de curent în circuitul de acasă, curentul din cele două bobine va fi diferit, creând un câmp magnetic dezechilibrat în miezul comun. Astfel, un stâlp de comutator atrage spre miez, deconectând brusc circuitul. Mai mult decât atât, ar putea fi date o serie de alte exemple, cum ar fi transformator, sistem RF-ID, metodă de încărcare a energiei fără fir, mașini de gătit cu inducție etc.
Inductoarele sunt, de asemenea, reticente la schimbările bruște ale curenților prin ele. Prin urmare, un semnal de în altă frecvență nu ar trece printr-un inductor; ar trece doar componentele care se schimbă încet. Acest fenomen este folosit în proiectarea circuitelor de filtru analogic trece-jos.
Ce este capacitatea?
Capacitatea unui dispozitiv măsoară capacitatea de a menține o sarcină electrică în el. Un condensator de bază este compus din două pelicule subțiri de material metalic și un material dielectric intercalat între ele. Când se aplică o tensiune constantă celor două plăci metalice, sarcini opuse sunt stocate pe ele. Aceste încărcări vor rămâne chiar dacă tensiunea este îndepărtată. În plus, atunci când rezistența R este plasată conectând cele două plăci ale condensatorului încărcat, condensatorul se descarcă. Capacitatea C a dispozitivului este definită ca raportul dintre sarcina (Q) pe care o deține și tensiunea aplicată, v, pentru a-l încărca. Capacitatea este măsurată cu Farads (F).
C=Q/v
Timpul necesar pentru încărcarea condensatorului este măsurat prin constanta de timp dată în: R x C. Aici, R este rezistența de-a lungul căii de încărcare. Constanta de timp este timpul necesar condensatorului pentru a încărca 63% din capacitatea sa maximă.
Proprietăți de capacitate și aplicație
Condensatoarele nu răspund la curenții constante. La încărcarea condensatorului, curentul prin acesta variază până când este complet încărcat, dar după aceea, curentul nu trece de-a lungul condensatorului. Acest lucru se datorează faptului că stratul dielectric dintre plăcile metalice face din condensator un „întrerupător”. Cu toate acestea, condensatorul răspunde la curenți variați. La fel ca și curentul alternativ, schimbarea tensiunii AC ar putea încărca sau descărca în continuare un condensator, făcându-l un „comutator” pentru tensiunile AC. Acest efect este folosit pentru a proiecta filtre analogice de trecere în altă.
În plus, există efecte negative și asupra capacității. După cum am menționat mai devreme, sarcinile care transportă curent în conductori fac capacitatea între ele, precum și obiectele din apropiere. Acest efect se numește capacitate parazită. În liniile de transmisie a energiei electrice, capacitatea parazită poate apărea între fiecare linie, precum și între linii și pământ, structuri de susținere etc. Datorită curenților mari transportați de acestea, acest efect parazit afectează considerabil pierderile de putere în liniile de transport electric.
Figura 02: Condensator cu plăci paralele
Care este diferența dintre inductanță și capacitate?
Inductanță vs Capacitate |
|
| Inductanța este o proprietate a conductorilor care transportă curent care generează un câmp magnetic în jurul conductorului. | Capacitatea este capacitatea unui dispozitiv de a stoca sarcini electrice. |
| Măsurare | |
| Inductanța este măsurată de Henry (H) și este simbolizată ca L. | Capacitatea este măsurată în Farads (F) și este simbolizată ca C. |
| Dispozitive | |
| Componenta electrică asociată cu inductanța este cunoscută sub denumirea de inductori, care de obicei se înfășoară cu un miez sau fără miez. | Capacitatea este asociată cu condensatoare. Există mai multe tipuri de condensatoare utilizate în circuite. |
| Comportament la schimbarea tensiunii | |
| Răspunsul inductoarelor la tensiuni care se schimbă lentă. Tensiunile AC de în altă frecvență nu pot trece prin inductori. | Tensiunile de curent alternativ de joasă frecvență nu pot trece prin condensatori, deoarece acţionează ca o barieră pentru frecvenţele joase. |
| Folosiți ca filtre | |
| Inductanța este componenta dominantă a filtrelor trece-jos. | Capacitatea este componenta dominantă a filtrelor de trecere în altă. |
Rezumat – Inductanță vs Capacitate
Inductanța și capacitatea sunt proprietăți independente ale două componente electrice diferite. În timp ce inductanța este o proprietate a unui conductor care transportă curent de a construi un câmp magnetic, capacitatea este o măsură a capacității unui dispozitiv de a menține sarcini electrice. Ambele proprietăți sunt utilizate în diverse aplicații ca bază. Cu toate acestea, acestea devin un dezavantaj și în ceea ce privește pierderile de putere. Răspunsul inductanței și capacității la curenți variabili indică un comportament opus. Spre deosebire de inductori care trec tensiuni AC cu schimbare lentă, condensatoarele blochează tensiunile de frecvență lentă care trec prin ele. Aceasta este diferența dintre inductanță și capacitate.
