Klíčový rozdíl - indukčnost vs kapacita
Indukčnost a kapacita jsou dvě primární vlastnosti obvodů RLC. Induktory a kondenzátory, které jsou spojeny s indukčností a kapacitancí, se běžně používají v generátorech vln a analogových filtrech. Klíčovým rozdílem mezi indukčností a kapacitou je to, že indukčnost je vlastnost vodiče nesoucího proud, který generuje magnetické pole kolem vodiče, zatímco kapacita je vlastnost zařízení k udržování a ukládání elektrických nábojů.
OBSAH
1. Přehled a hlavní rozdíl
2. Co je indukčnost
3. Co je kapacita
4. Porovnání vedle sebe - indukčnost vs. kapacita
5. Shrnutí
Co je indukčnost?
Indukčnost je „vlastnost elektrického vodiče, kterou změna proudu, která prochází, indukuje elektromotorickou sílu v samotném vodiči“. Když je měděný drát omotán kolem železného jádra a dva okraje cívky jsou umístěny na svorkách baterie, sestava cívky se stane magnetem. K tomuto jevu dochází v důsledku vlastnosti indukčnosti.
Teorie indukčnosti
Existuje několik teorií, které popisují chování a vlastnosti indukčnosti vodiče nesoucího proud. Jedna teorie, kterou vynalezl fyzik Hans Christian Ørsted, uvádí, že magnetické pole, B, je generováno kolem vodiče, když jím prochází konstantní proud, I. Jak se mění proud, mění se i magnetické pole. Ørstedův zákon je považován za první objev vztahu mezi elektřinou a magnetismem. Když proud proudí od pozorovatele, směr magnetického pole je ve směru hodinových ručiček.
Obrázek 01: Oerstedův zákon
Podle Faradayova indukčního zákona indukuje měnící se magnetické pole elektromotorickou sílu (EMF) v blízkých vodičích. Tato změna magnetického pole je relativní k vodiči, to znamená, že buď se pole může měnit, nebo se vodič může pohybovat stabilním polem. Toto je nejzákladnější základ elektrických generátorů.
Třetí teorie je Lenzův zákon, který říká, že generovaný EMF ve vodiči je proti změně magnetického pole. Například pokud je vodivý vodič umístěn v magnetickém poli a pokud je pole zmenšeno, bude indukován EMF ve vodiči podle Faradayova zákona ve směru, kterým indukovaný proud rekonstruuje redukované magnetické pole. Pokud se mění změna vnějšího magnetického pole d φ, indukuje EMF (ε) opačným směrem. Tyto teorie byly založeny na mnoha zařízeních. Tato indukce EMF v samotném vodiči se nazývá samoindukčnost cívky a variace proudu v cívce by mohla indukovat proud také v dalším blízkém vodiči. Tomu se říká vzájemná indukčnost.
ε = -dφ / dt
Zde záporné znaménko označuje opozici EMG vůči změně magnetického pole.
Jednotky indukčnosti a aplikace
Indukčnost se měří v Henry (H), jednotce SI pojmenované po Josephu Henrym, který indukci objevil samostatně. Indukčnost je v elektrických obvodech označována jako „L“za jménem Lenz.
Od klasického elektrického zvonu až po moderní bezdrátové techniky přenosu energie je indukce základním principem mnoha inovací. Jak bylo uvedeno na začátku tohoto článku, magnetizace měděné cívky se používá pro elektrické zvonky a relé. Relé se používá k přepínání velkých proudů pomocí velmi malého proudu, který magnetizuje cívku, která přitahuje pól spínače velkého proudu. Dalším příkladem je spouštěcí spínač nebo jistič zbytkového proudu (RCCB). Tam jsou živé a neutrální vodiče napájení vedeny samostatnými cívkami, které sdílejí stejné jádro. Za normálních podmínek je systém vyvážený, protože proud v živém a neutrálním stavu je stejný. Při úniku proudu v domácím obvodu bude proud ve dvou cívkách odlišný, což ve společném jádru vytvoří nevyvážené magnetické pole. Tím pádem,k jádru přitahuje spínací tyč a náhle odpojí obvod. Kromě toho lze uvést řadu dalších příkladů, jako je transformátor, systém RF-ID, metoda bezdrátového nabíjení energie, indukční vařiče atd.
Induktory se také zdráhají k náhlým změnám proudů skrz ně. Vysokofrekvenční signál by tedy neprošel induktorem; projdou jen pomalu se měnící komponenty. Tento jev se používá při navrhování nízkoprůchodových analogových filtračních obvodů.
Co je kapacita?
Kapacitance zařízení měří schopnost držet elektrický náboj v něm. Základní kondenzátor se skládá ze dvou tenkých vrstev kovového materiálu a mezi nimi vloženého dielektrického materiálu. Když je na dvě kovové desky přivedeno konstantní napětí, ukládají se na ně opačné náboje. Tyto poplatky zůstanou, i když je napětí odpojeno. Dále, když je kladen odpor R spojující dvě desky nabitého kondenzátoru, kondenzátor se vybije. Kapacita C zařízení je definována jako poměr mezi nabitím (Q), které drží, a aplikovaným napětím, v, k jeho nabití. Kapacitance se měří pomocí Faradů (F).
C = Q / v
Čas potřebný k nabití kondenzátoru se měří časovou konstantou uvedenou v: R x C. Zde R je odpor podél nabíjecí cesty. Časová konstanta je doba, kterou kondenzátor nabije na nabití 63% své maximální kapacity.
Vlastnosti kapacity a aplikace
Kondenzátory nereagují na konstantní proudy. Při nabíjení kondenzátoru se proud skrz něj mění, dokud není plně nabitý, ale poté proud neprochází kondenzátorem. Je to proto, že dielektrická vrstva mezi kovovými deskami dělá kondenzátor „vypnutým“. Kondenzátor však reaguje na různé proudy. Stejně jako střídavý proud by změna střídavého napětí mohla dále nabíjet nebo vybíjet kondenzátor, což z něj činí „vypínač“pro střídavé napětí. Tento efekt se používá k návrhu vysokoprůchodových analogových filtrů.
Kromě toho existují také negativní účinky na kapacitu. Jak již bylo zmíněno dříve, náboje přenášející proud ve vodičích vytvářejí kapacitu mezi sebou navzájem i mezi blízkými objekty. Tento efekt se nazývá zbloudilá kapacita. U přenosových vedení může dojít k zbloudilé kapacitě mezi každým vedením, jakož i mezi vedeními a zemí, nosnými konstrukcemi atd. Kvůli velkým proudům, které přenášejí, tyto rozptýlené efekty významně ovlivňují ztráty energie v přenosových vedeních.
Obrázek 02: Paralelní deskový kondenzátor
Jaký je rozdíl mezi indukčností a kapacitou?
Rozdílný článek uprostřed před tabulkou
Indukčnost vs kapacita |
|
| Indukčnost je vlastnost vodičů nesoucích proud, která generuje magnetické pole kolem vodiče. | Kapacita je schopnost zařízení ukládat elektrické náboje. |
| Měření | |
| Indukčnost se měří Henry (H) a je symbolizována jako L. | Kapacita se měří ve Faradech (F) a je symbolizována jako C. |
| Zařízení | |
| Elektrická součást spojená s indukčností je známá jako induktory, které obvykle cívají s jádrem nebo bez jádra. | Kapacita je spojena s kondenzátory. V obvodech se používá několik typů kondenzátorů. |
| Chování při změně napětí | |
| Reakce induktorů na pomalu se měnící napětí. Vysokofrekvenční střídavé napětí nemůže procházet induktory. | Nízkofrekvenční střídavé napětí nemůže projít kondenzátory, protože působí jako bariéra pro nízké frekvence. |
| Použít jako filtry | |
| Indukčnost je dominantní složkou filtrů s nízkým průchodem. | Kapacita je dominantní složkou ve vysokoprůchodových filtrech. |
Shrnutí - Induktance vs. kapacita
Indukčnost a kapacita jsou nezávislé vlastnosti dvou různých elektrických součástí. Zatímco indukčnost je vlastnost vodiče pro vedení proudu k vytváření magnetického pole, kapacita je měřítkem schopnosti zařízení zadržovat elektrické náboje. Obě tyto vlastnosti se používají v různých aplikacích jako základ. Ty se nicméně stávají nevýhodou také z hlediska energetických ztrát. Odezva indukčnosti a kapacity na různé proudy naznačuje opačné chování. Na rozdíl od induktorů, které procházejí pomalu se měnícími střídavými napětími, kondenzátory blokují nízkofrekvenční napětí, které jimi prochází. To je rozdíl mezi indukčností a kapacitou.
