Nøgleforskel - Induktans vs kapacitans
Induktans og kapacitans er to af de primære egenskaber ved RLC-kredsløb. Induktorer og kondensatorer, der er forbundet med henholdsvis induktans og kapacitans, bruges almindeligvis i bølgeformgeneratorer og analoge filtre. Hovedforskellen mellem induktans og kapacitans er, at induktans er en egenskab ved en strømbærende leder, der genererer et magnetfelt omkring lederen, mens kapacitans er en egenskab ved en enhed til at holde og lagre elektriske ladninger.
INDHOLD
1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er induktans
3. Hvad er kapacitans
4. Sammenligning side om side - Induktans vs kapacitans
5. Resumé
Hvad er induktans?
Induktans er "ejendommen til en elektrisk leder, ved hvilken en ændring i strøm gennem den inducerer en elektromotorisk kraft i selve lederen". Når en kobbertråd vikles rundt om en jernkerne, og de to kanter af spolen placeres på batteripolerne, bliver spolesamlingen en magnet. Dette fænomen opstår på grund af induktansens egenskab.
Teorier om induktans
Der er flere teorier, der beskriver adfærd og egenskaber ved en strømførende lederes induktans. En teori opfundet af fysikeren, Hans Christian Ørsted, siger, at et magnetfelt, B, genereres omkring lederen, når en konstant strøm, I, går igennem den. Når strømmen ændres, ændrer magnetfeltet sig også. Ørsteds lov betragtes som den første opdagelse af forholdet mellem elektricitet og magnetisme. Når strømmen strømmer væk fra observatøren, er magnetfeltets retning med uret.
Figur 01: Oersteds lov
Ifølge Faradays lov om induktion inducerer et skiftende magnetfelt en elektromotorisk kraft (EMF) i nærliggende ledere. Denne ændring af magnetfeltet er i forhold til lederen, dvs. enten kan feltet variere, eller lederen kan bevæge sig gennem et stabilt felt. Dette er det mest grundlæggende grundlag for elektriske generatorer.
Den tredje teori er Lenzs lov, der siger, at den genererede EMF i lederen modsætter sig ændringen af magnetfeltet. For eksempel, hvis en ledende ledning placeres i et magnetfelt, og hvis feltet reduceres, vil en EMF blive induceret i lederen ifølge Faradays lov i en retning, hvorved den inducerede strøm rekonstruerer det reducerede magnetfelt. Hvis ændringen af det eksterne magnetiske felt d φ konstrueres, vil EMF (ε) inducere i den modsatte retning. Disse teorier er blevet grundlagt 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 til induktans og anvendelse
Induktans måles i Henry (H), SI-enheden opkaldt efter Joseph Henry, der opdagede induktionen uafhængigt af hinanden. Induktans bemærkes som 'L' i elektriske kredsløb efter navnet Lenz.
Fra den klassiske elektriske klokke til de moderne trådløse strømoverførselsteknikker har induktion været det grundlæggende princip i mange innovationer. Som nævnt i begyndelsen af denne artikel bruges magnetiseringen af en kobberspiral 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 på en switch med den store strøm. Et andet eksempel er udløserkontakten eller jordfejlbryderen (RCCB). Der føres de strømførende og neutrale ledninger i forsyningen gennem separate spoler, der deler den samme kerne. I normal tilstand er systemet afbalanceret, da strømmen i live og neutral er den samme. Ved en strømlækage i hjemmekredsen vil strømmen i de to spoler være forskellig, hvilket skaber et ubalanceret magnetfelt i den delte kerne. Dermed,en omskifterstang tiltrækker kernen og pludselig afbryder kredsløbet. Desuden kunne der gives en række andre eksempler, såsom transformer, RF-ID-system, trådløs strømopladningsmetode, induktionskogere osv.
Induktorer er også tilbageholdende med pludselige ændringer i strømme gennem dem. Derfor vil et højfrekvent signal ikke passere gennem en induktor; kun langsomt skiftende komponenter ville passere. Dette fænomen anvendes til at designe lavpas analoge filterkredsløb.
Hvad er kapacitans?
Kapaciteten på en enhed måler evnen til at holde en elektrisk ladning i den. En basiskondensator består af to tynde film af metallisk materiale og et dielektrisk materiale, der er klemt ind imellem dem. Når der påføres en konstant spænding på de to metalplader, gemmes modsatte ladninger på dem. Disse opladninger forbliver, selvom spændingen fjernes. Når modstanden R er placeret, der forbinder de to plader på den opladede kondensator, aflades kondensatoren endvidere. Enhedens kapacitans C defineres som forholdet mellem den opladning (Q) den holder og den påførte spænding, v, for at oplade den. Kapacitans måles af Farads (F).
C = Q / v
Den tid, det tager at oplade kondensatoren, måles ved den tidskonstant, der er angivet i: R x C. Her er R modstanden langs ladestien. Tidskonstant er den tid, det tager af kondensatoren at oplade 63% af dens maksimale kapacitet.
Egenskaber ved kapacitans og anvendelse
Kondensatorer reagerer ikke på konstante strømme. Ved opladning af kondensatoren varierer strømmen gennem den, 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'. Imidlertid reagerer kondensatoren på forskellige strømme. Ligesom vekselstrøm kan ændringen af vekselspændingen yderligere oplade eller aflade en kondensator, hvilket gør den til en 'tænd-switch' for vekselspændinger. Denne effekt bruges til at designe højpas analoge filtre.
Desuden er der også negative effekter i kapacitans. Som nævnt tidligere udgør ladningerne, der bærer strøm i ledere kapacitans mellem hinanden såvel som nærliggende genstande. Denne effekt kaldes stray capacitance. I kraftoverførselsledninger kan den omstrejfende kapacitans forekomme mellem hver linje såvel som mellem linjerne og jorden, understøttende strukturer osv. På grund af de store strømme, der bæres af dem, påvirker disse omstrejfende effekt kraftigt tab i kraftoverførselsledninger.
Figur 02: Parallel pladekondensator
Hvad er forskellen mellem induktans og kapacitans?
Diff artikel midt foran bordet
Induktans vs kapacitans |
|
| Induktans er en egenskab ved strømførende ledere, der genererer et magnetfelt omkring lederen. | Kapacitans er en enheds evne til at lagre elektriske ladninger. |
| Måling | |
| Induktans måles af Henry (H) og symboliseres som L. | Kapacitans måles i Farads (F) og symboliseres som C. |
| Enheder | |
| Den elektriske komponent forbundet med induktans er kendt som induktorer, som normalt vikles med en kerne eller uden en kerne. | Kapacitans er forbundet med kondensatorer. Der er flere typer kondensatorer, der bruges i kredsløb. |
| Adfærd ved en spændingsændring | |
| 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. |
Resumé - Induktans vs kapacitans
Induktans og kapacitans er uafhængige egenskaber for to forskellige elektriske komponenter. Mens induktansen er en egenskab af 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 effekttab. Svaret fra induktans og kapacitans på forskellige strømme indikerer modsat adfærd. I modsætning til induktorer, der passerer langsomt skiftende vekselstrøm, blokerer kondensatorer spændinger med langsom frekvens, der passerer gennem dem. Dette er forskellen mellem induktans og kapacitans.
