Belangrijkste verschil - Inductie versus capaciteit
Inductantie en capaciteit zijn twee van de belangrijkste eigenschappen van RLC-circuits. Inductoren en condensatoren, die respectievelijk worden geassocieerd met inductantie en capaciteit, worden vaak gebruikt in golfvormgeneratoren en analoge filters. De belangrijk verschil tussen inductantie en capaciteit is dat inductantie een eigenschap is van een stroomvoerende geleider die een magnetisch veld rond de geleider genereert, terwijl capaciteit een eigenschap is van een apparaat om elektrische ladingen vast te houden en op te slaan.
INHOUD
1. Overzicht en belangrijkste verschil
2. Wat is inductantie
3. Wat is capaciteit
4. Vergelijking zij aan zij - inductie versus capaciteit
5. Samenvatting
Wat is inductantie?
Zelfinductie is de "eigenschap van een elektrische geleider waardoor een verandering in de stroom erdoorheen een elektromotorische kracht in de geleider zelf induceert". Wanneer een koperdraad rond een ijzeren kern wordt gewikkeld en de twee randen van de spoel op accupolen worden geplaatst, wordt het spoelsamenstel een magneet. Dit fenomeen doet zich voor vanwege de eigenschap van inductantie.
Theorieën van inductantie
Er zijn verschillende theorieën die het gedrag en de eigenschappen van de inductantie van een stroomvoerende geleider beschrijven. Een theorie die is uitgevonden door de natuurkundige, Hans Christian Ørsted, stelt dat een magnetisch veld, B, wordt gegenereerd rond de geleider wanneer er een constante stroom, I, doorheen gaat. Als de stroom verandert, verandert ook het magnetische veld. De wet van Ørsted wordt beschouwd als de eerste ontdekking van de relatie tussen elektriciteit en magnetisme. Wanneer de stroom wegvloeit van de waarnemer, is de richting van het magnetische veld met de klok mee.
Figuur 01: de wet van Oersted
Volgens de inductiewet van Faraday wekt een veranderend magnetisch veld een elektromotorische kracht (EMF) op in nabijgelegen geleiders. Deze verandering van het magnetische veld is relatief ten opzichte van de geleider, dat wil zeggen, het veld kan variëren of de geleider kan door een constant veld bewegen. Dit is de meest fundamentele basis van elektrische generatoren.
De derde theorie is de wet van Lenz, die stelt dat de opgewekte EMF in de geleider de verandering van het magnetische veld tegenwerkt. Als bijvoorbeeld een geleidende draad in een magnetisch veld wordt geplaatst en als het veld wordt verminderd, zal een EMF in de geleider worden geïnduceerd volgens de wet van Faraday in een richting waarin de geïnduceerde stroom het verminderde magnetische veld zal reconstrueren. Als de verandering van het externe magnetische veld d φ construeert, zal de EMF (ε) in de tegenovergestelde richting induceren. Deze theorieën zijn op veel apparaten gemalen. Deze EMF-inductie in de geleider zelf wordt zelfinductie van de spoel genoemd, en de variatie van de stroom in een spoel zou ook een stroom kunnen induceren in een andere nabije geleider. Dit wordt wederzijdse inductie genoemd.
ε = -dφ / dt
Hier geeft het minteken de oppositie van de EMG aan tegen de verandering van het magnetische veld.
Eenheden van inductie en toepassing
Inductantie wordt gemeten in Henry (H), de SI-eenheid genoemd naar Joseph Henry die de inductie onafhankelijk ontdekte. Inductantie wordt genoteerd als 'L' in elektrische circuits na de naam Lenz.
Van de klassieke elektrische bel tot de moderne draadloze krachtoverbrengingstechnieken, inductie is het basisprincipe geweest bij veel innovaties. Zoals vermeld in het begin van dit artikel, wordt de magnetisatie van een koperen spoel gebruikt voor elektrische bellen en relais. Een relais wordt gebruikt om grote stromen te schakelen met een zeer kleine stroom die een spoel magnetiseert die een pool van een schakelaar met de grote stroom aantrekt. Een ander voorbeeld is de tripschakelaar of de aardlekschakelaar (RCCB). Daar worden de stroomvoerende en neutrale draden van de voeding door afzonderlijke spoelen geleid die dezelfde kern delen. In een normale toestand is het systeem gebalanceerd, aangezien de stroom in fase en neutraal hetzelfde is. Bij een stroomlek in het thuiscircuit zal de stroom in de twee spoelen anders zijn, waardoor er een ongebalanceerd magnetisch veld ontstaat in de gedeelde kern. Dus,een schakelpaal trekt naar de kern, waardoor het circuit plotseling wordt losgekoppeld. Bovendien zouden een aantal andere voorbeelden kunnen worden gegeven, zoals transformator, RF-ID-systeem, methode voor draadloos opladen van stroom, inductiekookplaten, enz.
Inductoren zijn ook terughoudend voor plotselinge veranderingen van stroom erdoorheen. Daarom zou een hoogfrequent signaal niet door een inductor gaan; slechts langzaam veranderende componenten zouden voorbijgaan. Dit fenomeen wordt gebruikt bij het ontwerpen van analoge laagdoorlaatfiltercircuits.
Wat is capaciteit?
De capaciteit van een apparaat meet het vermogen om er een elektrische lading in vast te houden. Een basiscondensator is samengesteld uit twee dunne films van metallisch materiaal en een diëlektrisch materiaal ertussenin. Wanneer een constante spanning op de twee metalen platen wordt toegepast, worden er tegengestelde ladingen op opgeslagen. Deze ladingen blijven bestaan, zelfs als de spanning wordt verwijderd. Bovendien, wanneer weerstand R wordt geplaatst die de twee platen van de geladen condensator verbindt, ontlaadt de condensator. De capaciteit C van het apparaat wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de lading (Q) die het vasthoudt en de aangelegde spanning, v, om het op te laden. De capaciteit wordt gemeten door Farads (F).
C = Q / v
De tijd die nodig is om de condensator op te laden, wordt gemeten door de tijdconstante gegeven in: R x C. Hier is R de weerstand langs het oplaadpad. Tijdconstante is de tijd die de condensator nodig heeft om 63% van zijn maximale capaciteit op te laden.
Eigenschappen van capaciteit en toepassing
Condensatoren reageren niet op constante stromen. Bij het opladen van de condensator varieert de stroom erdoorheen totdat deze volledig is opgeladen, maar daarna gaat de stroom niet langs de condensator. Dit komt doordat de diëlektrische laag tussen de metalen platen de condensator een 'uitschakelaar' maakt. De condensator reageert echter op wisselende stromen. Net als bij wisselstroom kan de verandering van de wisselspanning een condensator verder opladen of ontladen, waardoor deze een 'aan-schakelaar' wordt voor wisselspanningen. Dit effect wordt gebruikt om analoge hoogdoorlaatfilters te ontwerpen.
Bovendien zijn er ook negatieve effecten op de capaciteit. Zoals eerder vermeld, maken de ladingen die stroom voeren in geleiders capaciteit tussen elkaar en nabijgelegen objecten. Dit effect wordt strooicapaciteit genoemd. In stroomtransmissielijnen kan de strooicapaciteit optreden tussen elke lijn en tussen de lijnen en de aarde, ondersteunende constructies, enz. Vanwege de grote stromen die erdoor worden gedragen, beïnvloedt dit strooieffect de vermogensverliezen in stroomtransmissielijnen aanzienlijk.
Figuur 02: Parallelle plaatcondensator
Wat is het verschil tussen inductantie en capaciteit?
Diff Artikel Midden voor Tafel
Inductantie versus capaciteit |
|
| Zelfinductie is een eigenschap van stroomvoerende geleiders die een magnetisch veld rond de geleider opwekt. | Capaciteit is het vermogen van een apparaat om elektrische ladingen op te slaan. |
| Meting | |
| Inductantie wordt gemeten door Henry (H) en wordt gesymboliseerd als L. | Capaciteit wordt gemeten in Farads (F) en wordt gesymboliseerd als C. |
| Apparaten | |
| De elektrische component die is gekoppeld aan inductantie, staat bekend als inductoren, die meestal met een kern of zonder kern spoelen. | Capaciteit wordt geassocieerd met condensatoren. Er zijn verschillende soorten condensatoren die in circuits worden gebruikt. |
| Gedrag bij spanningsverandering | |
| Inductoren reageren op langzaam veranderende spanningen. Hoogfrequente wisselspanningen kunnen niet door smoorspoelen gaan. | Laagfrequente wisselspanningen kunnen niet door condensatoren gaan, omdat ze een barrière vormen voor lage frequenties. |
| Gebruik als filters | |
| Inductantie is de dominante component in laagdoorlaatfilters. | Capaciteit is de dominante component in hoogdoorlaatfilters. |
Samenvatting - Inductantie versus capaciteit
Inductantie en capaciteit zijn onafhankelijke eigenschappen van twee verschillende elektrische componenten. Hoewel de inductantie een eigenschap is van een stroomvoerende geleider om een magnetisch veld op te bouwen, is de capaciteit een maat voor het vermogen van een apparaat om elektrische ladingen vast te houden. Beide eigenschappen worden in verschillende toepassingen als basis gebruikt. Niettemin worden deze ook een nadeel in termen van vermogensverliezen. De reactie van inductantie en capaciteit op variërende stromen duiden op tegengesteld gedrag. In tegenstelling tot smoorspoelen die langzaam veranderende wisselspanningen doorgeven, blokkeren condensatoren langzame frequentiespanningen die er doorheen gaan. Dit is het verschil tussen inductantie en capaciteit.
