Ero induktiivisuuden ja kapasitanssin välillä

Avainero - Induktiivisuus vs. kapasitanssi
 

Induktanssi ja kapasitanssi ovat kaksi RLC-piirien pääominaisuutta. Induktoreita ja kondensaattoreita, jotka liittyvät vastaavasti induktanssiin ja kapasitanssiin, käytetään yleisesti aaltomuotogeneraattoreissa ja analogisissa suodattimissa. Avainero induktanssin ja kapasitanssin välillä on se induktanssi on virran kantavan johtimen ominaisuus, joka synnyttää magneettikentän johtimen ympärille taas kapasitanssi on laitteen ominaisuus, joka pitää ja varaa sähkölatauksia.

SISÄLLYS
1. Yleiskatsaus ja keskeiset erot
2. Mikä on induktiivisuus
3. Mikä on kapasitanssi
4. Vertailu rinnakkain - induktiivisuus vs. kapasitanssi
5. Yhteenveto

Mikä on induktiivisuus?

Induktiivisuus on "sähköjohtimen ominaisuus, jolla sen kautta tapahtuva virranmuutos indusoi sähköjohtovoiman itse johtimessa". Kun kuparilanka kääritään raudasydämen ympärille ja kelan kaksi reunaa asetetaan akun napoihin, kelakokoonpanosta tulee magneetti. Tämä ilmiö johtuu induktanssin ominaisuudesta.

Induktiivisuuden teoriat

On olemassa useita teorioita, jotka kuvaavat virtaa kuljettavan johtimen käyttäytymistä ja induktanssin ominaisuuksia. Yksi fyysikon, Hans Christian Ørstedin keksimä teoria väittää, että magneettikenttä B syntyy johtimen ympärille, kun vakiovirta I kulkee sen läpi. Kun virta muuttuu, niin myös magneettikenttä. Ørstedin laki pidetään ensimmäisenä löytönä sähkön ja magneettisuuden välisestä suhteesta. Kun virta virtaa pois tarkkailijasta, magneettikentän suunta on myötäpäivään.

Kuva 01: Oerstedin laki

Mukaan Faradayn induktiolaki, muuttuva magneettikenttä indusoi sähkömoottorivoiman (EMF) lähellä olevissa johtimissa. Tämä magneettikentän muutos on suhteessa johtimeen, ts. Joko kenttä voi vaihdella tai johdin voi liikkua tasaisen kentän läpi. Tämä on sähkögeneraattoreiden perustavin perusta.

Kolmas teoria on Lenzin laki, joka toteaa, että johtimessa syntyvä EMF vastustaa magneettikentän muutosta. Esimerkiksi, jos johtava lanka sijoitetaan magneettikenttään ja jos kenttä pienenee, EMR johdetaan johtimessa Faradayn lain mukaisesti suuntaan, jolla indusoitu virta rekonstruoi alennetun magneettikentän. Jos ulkoisen magneettikentän muutos dφ rakentaa, EMF (ε) indusoi vastakkaiseen suuntaan. Nämä teoriat on perustettu monille laitteille. Tätä EMF-induktiota johtimessa itsessään kutsutaan kelan itseinduktanssiksi, ja kelan virranvaihtelu voisi indusoida virran myös toisessa lähellä olevassa johtimessa. Tätä kutsutaan keskinäiseksi induktanssiksi.

e = -dφ / dt

Negatiivinen merkki osoittaa tässä EMG: n vastustusta magneettikentän muutokselle.

Induktanssi- ja sovellusyksiköt

Induktiivisuus mitataan Henryssä (H), SI-yksikössä, jonka nimi on Joseph Henry, joka löysi induktion itsenäisesti. Induktiivisuus merkitään "L" sähköpiireissä Lenzin nimen jälkeen.

Klassisesta sähkökellosta moderniin langattomaan energiansiirtotekniikkaan induktio on ollut monien innovaatioiden perusperiaate. Kuten tämän artikkelin alussa mainittiin, kuparikäämin magnetointia käytetään sähkökelloissa ja releissä. Relettä käytetään suurten virtojen kytkemiseen erittäin pienellä virralla, joka magnetoi kelan, joka houkuttelee suuren virran kytkimen napaa. Toinen esimerkki on laukaisukytkin tai jäännösvirtakatkaisija (RCCB). Siellä syöttöjännitteen jännitteiset ja neutraalit johdot johdetaan erillisten kelojen kautta, joilla on sama ydin. Normaalissa tilassa järjestelmä on tasapainossa, koska virta elävässä ja nolla on sama. Kotipiirin nykyisen vuodon aikana kahden käämin virta on erilainen, mikä tekee epätasapainossa olevan magneettikentän jaetussa ytimessä. Kytkinnapa vetoaa siten ytimeen, katkaiseen yhtäkkiä virtapiirin. Lisäksi voitaisiin antaa useita muita esimerkkejä, kuten muuntaja, RF-ID-järjestelmä, langaton virran latausmenetelmä, induktiokeittimet jne..

Induktorit ovat myös vastahakoisia äkillisille virtamuutoksille niiden kautta. Siksi korkeataajuinen signaali ei kulkisi induktorin läpi; vain hitaasti muuttuvat komponentit ohittaisivat. Tätä ilmiötä käytetään alipäästöjen analogisten suodatinpiirien suunnittelussa.

Mikä on kapasitanssi?

Laitteen kapasitanssi mittaa kykyä pitää sähkövaraus siinä. Peruskondensaattori koostuu kahdesta metallimateriaalin ohutkalvosta ja niiden väliin sijoitetusta dielektrisestä materiaalista. Kun molemmille metallilevyille kohdistetaan vakiojännite, niihin varastoituvat vastakkaiset varaukset. Nämä varaukset säilyvät, vaikka jännite poistettaisiin. Lisäksi kun resistanssi R asetetaan yhdistämään ladatun kondensaattorin kaksi levyä, kondensaattori purkautuu. Kapasitanssi C laitteen arvo määritetään latauksen (Q) se pitää ja käytetyn jännitteen, v, ladata se. Kapasitanssin mittaa Farads (F).

C = Q / v

Kondensaattorin lataamiseen käytetty aika mitataan aikavakilla, joka on annettu muodossa: R x C. Tässä R on vastus latauspolulla. Aikavakio on aika, jonka kondensaattori lataa 63% maksimikapasiteetistaan.

Kapasitanssin ja sovelluksen ominaisuudet

Kondensaattorit eivät reagoi vakiovirroihin. Kondensaattoria ladattaessa sen läpi kulkeva virta vaihtelee, kunnes se on täysin latautunut, mutta sen jälkeen virta ei kulje kondensaattoria pitkin. Tämä johtuu siitä, että metallilevyjen välinen dielektrinen kerros tekee kondensaattorista 'pois-kytkimen'. Kondensaattori reagoi kuitenkin vaihteleviin virtauksiin. Kuten vaihtovirta, vaihtovirtajännitteen muutos voi edelleen ladata tai purkaa kondensaattorin tekemällä siitä 'päällekytkimen' vaihtojännitteille. Tätä vaikutusta käytetään suunnittelemaan ylipäästöiset analogiset suodattimet.

Lisäksi kapasitanssilla on kielteisiä vaikutuksia. Kuten aiemmin mainittiin, johtimissa virran kantavat varaukset tekevät kapasitanssin toistensa ja lähellä olevien esineiden välillä. Tätä vaikutusta kutsutaan nimellä hajakapasitanssi. Voimansiirtolinjoissa hajakapasitanssi voi esiintyä kunkin linjan välillä, linjojen ja maan välillä, tukirakenteissa jne. Niiden aiheuttamien suurten virtojen vuoksi nämä hajavaikutukset vaikuttavat huomattavasti voimansiirtolinjojen tehonmenetyksiin.

Kuva 02: Rinnakkaislevykondensaattori

 Mikä on ero induktiivisuuden ja kapasitanssin välillä??

Induktiivisuus vs. kapasitanssi
Induktiivisuus on virran kantavien johtimien ominaisuus, joka synnyttää magneettikentän johtimen ympärille.	Kapasitanssi on laitteen kyky tallentaa sähkölatauksia.
mittaus
Induktiivisuus mitataan Henryllä (H) ja symboli L: nä.	Kapasitanssi mitataan faradeissa (F) ja symbolilla C.
Laitteet
Sähköinen komponentti, joka liittyy induktanssiin, tunnetaan induktoreina, jotka kelautuvat yleensä ytimen kanssa tai ilman ydintä.	Kapasitanssi liittyy kondensaattoreihin. Piireissä käytetään monen tyyppisiä kondensaattoreita.
Käyttäytyminen jännitteen muutoksessa
Induktorien vaste hitaasti muuttuville jännitteille. Korkean taajuuden vaihtojännitteet eivät voi kulkea induktorien läpi.	Matalataajuiset vaihtojännitteet eivät voi kulkea kondensaattoreiden läpi, koska ne toimivat esteenä matalille taajuuksille.
Käytä suodattimina
Induktiivisuus on hallitseva komponentti alipäästösuotimissa.	Kapasitanssi on hallitseva komponentti ylipäästösuotimissa.

Yhteenveto - Induktiivisuus vs. kapasitanssi

Induktiivisuus ja kapasitanssi ovat kahden erillisen sähkökomponentin itsenäiset ominaisuudet. Vaikka induktanssi on virran kantavan johtimen ominaisuus rakentaa magneettikenttä, kapasitanssi on mitta laitteen kyvystä pitää sähkövarauksia. Molempia näitä ominaisuuksia käytetään erilaisissa sovelluksissa perustana. Siitä huolimatta niistä tulee haittoja myös tehohäviöiden suhteen. Induktiivisuuden ja kapasitanssin vaste vaihteleville virroille osoittaa päinvastaista käyttäytymistä. Toisin kuin induktorit, jotka ohittavat hitaasti muuttuvat vaihtojännitteet, kondensaattorit estävät niiden läpi kulkevat hitaat taajuusjännitteet. Tämä on ero induktanssin ja kapasitanssin välillä.

Viite:
1.Sears, F. W., ja Zemansky, M. W. (1964). Yliopiston fysiikka.Chicago
2.Capacitance. (N.d.). Haettu 30. toukokuuta 2017, osoitteesta http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3.Sähkömagneettinen induktio. (2017, toukokuu 03). Haettu 30. toukokuuta 2017, osoitteesta https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

Kuvan kohteliaisuus:
1. Käyttäjän ”sähkömagneettisuus”: Stannered - Kuva: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) Commons Wikimedia -sivun kautta
2. ”Rinnakkaislevykondensaattori” induktiivisella kuormituksella - oma piirustus (julkinen alue) Commons Wikimedian kautta