Forskel mellem induktans og kapacitet

Nøgleforskel - induktans vs kapacitet
 

Induktans og kapacitans er to af de primære egenskaber ved RLC-kredsløb. Induktorer og kondensatorer, der er forbundet med henholdsvis induktans og kapacitans, bruges ofte i bølgeformgeneratorer og analoge filtre. Den vigtigste forskel mellem induktans og kapacitans er den induktans er en egenskab ved en strømførende leder, der genererer et magnetfelt omkring lederen hvorimod kapacitans er en egenskab ved en enhed til at holde og opbevare elektriske opladninger.

INDHOLD
1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er induktans
3. Hvad er kapacitet
4. Sammenligning side ved side - induktans vs kapacitet
5. Resume

Hvad er induktans?

Induktans er "egenskaben til en elektrisk leder, ved hvilken en ændring i strøm gennem den inducerer en elektromotorisk kraft i selve lederen". Når en kobbertråd vikles omkring en jernkerne og spolens to kanter placeres på batteripolerne, bliver spoleenheden en magnet. Dette fænomen forekommer på grund af induktansens egenskaber.

Teorier om induktans

Der er flere teorier, der beskriver opførsel og egenskaber ved induktansen af ​​en strømførende leder. En teori opfundet af fysikeren, Hans Christian Ørsted, siger, at et magnetisk felt, B, genereres omkring lederen, når en konstant strøm, jeg, går igennem den. Efterhånden som strømmen ændres, gør magnetfeltet det også. Ørsteds lov betragtes som den første opdagelse af forholdet mellem elektricitet og magnetisme. Når strømmen flyder væk fra observatøren, er magnetfeltets retning med uret.

Figur 01: Oersteds lov

Ifølge Faradays lov om induktion, et magnetisk felt i skift inducerer en elektromotorisk kraft (EMF) i nærliggende ledere. Denne ændring af magnetfeltet er i forhold til lederen, dvs. at enten kan feltet variere, eller lederen kan bevæge sig gennem et jævnt felt. Dette er det mest grundlæggende grundlag for elektriske generatorer.

Den tredje teori er Lenz's lov, der siger, at den genererede EMF i lederen er imod ændringen af ​​magnetfeltet. For eksempel, hvis en ledende ledning er placeret i et magnetfelt, og hvis feltet reduceres, induceres en EMF i lederen ifølge Faradays lov i en retning, i hvilken den inducerede strøm rekonstruerer det reducerede magnetfelt. Hvis ændringen af ​​det eksterne magnetfelt dφ konstruerer, EMF (ε) vil inducere i den modsatte retning. Disse teorier er blevet jordet til mange enheder. Denne EMF-induktion i selve lederen kaldes selvinduktans af spolen, og variationen af ​​strøm i en spole kan også inducere en strøm i en anden nærliggende leder. Dette kaldes som gensidig induktans.

ε = -dφ / dt

Her indikerer det negative tegn EMG's modstand mod ændringen af ​​magnetfeltet.

Enheder af induktans og anvendelse

Induktans måles i Henry (H), SI-enheden opkaldt efter Joseph Henry, der opdagede induktionen uafhængigt. Induktans bemærkes som 'L' i elektriske kredsløb efter navnet Lenz.

Fra den klassiske elektriske klokke til den moderne trådløse kraftoverførselsteknikker har induktion været det grundlæggende princip i mange innovationer. Som nævnt i begyndelsen af ​​denne artikel bruges magnetiseringen af ​​en kobberspole til elektriske klokker og relæer. Et relæ bruges til at skifte store strømme ved hjælp af en meget lille strøm, der magnetiserer en spole, der tiltrækker en pol af en switch af den store strøm. Et andet eksempel er trippekontakten eller reststrømafbryderen (RCCB). Der føres de strømførende og neutrale ledninger af forsyningen gennem separate spoler, der deler den samme kerne. I en normal tilstand er systemet afbalanceret, da strømmen i live og neutral er den samme. Ved en strømlækage i hjemmekredsløbet vil strømmen i de to spoler være forskellig, hvilket skaber et ubalanceret magnetfelt i den delte kerne. Således tiltrækker en switch-pol til kernen og pludselig kobler kredsløbet ud. Derudover kunne der gives en række andre eksempler, såsom transformer, RF-ID-system, trådløs strømopladningsmetode, induktionskoger osv..

Induktorer er også tilbageholdne med pludselige ændringer af strømme gennem dem. Derfor vil et højfrekvenssignal ikke passere gennem en induktor; kun langsomt skiftende komponenter ville passere. Dette fænomen anvendes til design af lavpas analoge filterkredsløb.

Hvad er kapacitet?

En enheds kapacitet måler evnen til at holde en elektrisk ladning i den. En basiskondensator er sammensat af to tynde film af metallisk materiale og et dielektrisk materiale klemt ind imellem dem. Når der påføres en konstant spænding på de to metalplader, gemmes modsatte ladninger på dem. Disse opladninger forbliver, selv hvis spændingen fjernes. Endvidere, når modstand R er placeret, der forbinder de to plader i den ladede kondensator, udledes kondensatoren. Kapacitansen C af enheden defineres som forholdet mellem opladningen (Q) den holder og den påførte spænding, v, at oplade det. Kapacitans måles af Farads (F).

C = Q / v

Den tid, det tager at oplade kondensatoren, måles med den tidskonstant, der er angivet i: R x C. Her er R modstanden langs opladningsvejen. Tidskonstant er den tid det tager kondensatoren at oplade 63% af sin maksimale kapacitet.

Egenskaber ved kapacitet og anvendelse

Kondensatorer reagerer ikke på konstante strømme. Ved opladning af kondensatoren varierer strømmen igennem, indtil den er fuldt opladet, men derefter passerer strømmen ikke langs kondensatoren. Dette skyldes, at det dielektriske lag mellem metalpladerne gør kondensatoren til en 'off-switch'. Kondensatoren reagerer imidlertid på forskellige strømme. Ligesom vekselstrøm, kan ændringen af ​​vekselstrømspændingen yderligere oplade eller aflade en kondensator, hvilket gør det til en 'on-switch' for vekselstrømspænding. Denne effekt bruges til at designe highpass-analoge filtre.

Derudover er der også negative effekter i kapacitans. Som tidligere nævnt udgør ladningerne, der bærer strøm i ledere, kapacitans mellem hinanden såvel som nærliggende genstande. Denne effekt kaldes som vandret kapacitans. I kraftoverførselsledninger kan den omstrejfende kapacitans forekomme mellem hver linje såvel som mellem linierne og jorden, understøttende strukturer osv. På grund af de store strømme, der er båret af dem, påvirker denne omstrejfende effekt betydeligt effekttab i kraftoverføringsledninger.

Figur 02: Parallelplade kondensator

 Hvad er forskellen mellem induktans og kapacitet?

Induktans vs kapacitet
Induktans er en egenskab for strømførende ledere, der genererer et magnetfelt omkring lederen.	Kapacitans er en enheds evne til at gemme elektriske opladninger.
Måling
Induktans måles af Henry (H) og symboliseres som L.	Kapacitans måles i Farads (F) og symboliseres som C.
Enheder
Den elektriske komponent, der er forbundet med induktans, er kendt som induktorer, der normalt spoler med en kerne eller uden en kerne.	Kapacitans er forbundet med kondensatorer. Der er flere typer kondensatorer, der bruges i kredsløb.
Opførsel ved en ændring af spænding
Induktorer reagerer på langsomt skiftende spændinger. Højfrekvente AC-spændinger kan ikke passere gennem induktorer.	Lavfrekvente AC-spændinger kan ikke passere gennem kondensatorer, da de fungerer som en barriere for lave frekvenser.
Brug som filtre
Induktans er den dominerende komponent i lavpasfiltre.	Kapacitans er den dominerende komponent i high-pass-filtre.

Resume - induktans vs kapacitet

Induktans og kapacitans er uafhængige egenskaber ved to forskellige elektriske komponenter. Mens induktansen er en egenskab for en strømførende leder til at opbygge et magnetfelt, er kapacitans et mål for en enheds evne til at holde elektriske ladninger. Begge disse egenskaber bruges i forskellige applikationer som basis. Ikke desto mindre bliver disse også en ulempe med hensyn til strømtab. Induktansens og kapacitansens reaktion på forskellige strømme indikerer modsat opførsel. I modsætning til induktorer, der passerer langsomt skiftende vekselstrømspænding, blokerer kondensatorer langsomme frekvensspændinger, der passerer gennem dem. Dette er forskellen mellem induktans og kapacitans.

Reference:
1.Sears, F. W., & Zemansky, M. W. (1964). Universitetsfysik.Chicago
2.Capacitance. (N.d.). Hentet 30. maj 2017 fra http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3. Elektromagnetisk induktion. (2017, 3. maj). Hentet 30. maj 2017 fra https://da.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisk_induktion#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

Billede høflighed:
1. “Elektromagnetisme” af bruger: Stannered - Billede: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Parallel pladekondensator" Ved inductiveload - egen tegning (Public Domain) via Commons Wikimedia