Nøkkelforskjell – induktans vs kapasitans
Induktans og kapasitans er to av de primære egenskapene til RLC-kretser. Induktorer og kondensatorer, som er assosiert med henholdsvis induktans og kapasitans, brukes ofte i bølgeformgeneratorer og analoge filtre. Hovedforskjellen mellom induktans og kapasitans er at induktans er en egenskap til en strømførende leder som genererer et magnetisk felt rundt lederen, mens kapasitans er en egenskap til en enhet for å holde og lagre elektriske ladninger.
Hva er induktans?
Induktans er "egenskapen til en elektrisk leder hvorved en endring i strøm gjennom den induserer en elektromotorisk kraft i selve lederen". Når en kobbertråd vikles rundt en jernkjerne og de to kantene av spolen plasseres på batteriterminalene, blir spolen en magnet. Dette fenomenet oppstår på grunn av egenskapen induktans.
Theories of Inductance
Det er flere teorier som beskriver oppførselen og egenskapene til induktansen til en strømførende leder. En teori oppfunnet av fysikeren, Hans Christian Ørsted, sier at et magnetfelt, B, genereres rundt lederen når en konstant strøm, I, går gjennom den. Ettersom strømmen endres, endres også magnetfeltet. Ørsteds lov regnes som den første oppdagelsen av forholdet mellom elektrisitet og magnetisme. Når strømmen flyter bort fra observatøren, er retningen til magnetfeltet med klokken.
Figur 01: Oersteds lov
I henhold til Faradays induksjonslov induserer et skiftende magnetfelt en elektromotorisk kraft (EMF) i nærliggende ledere. Denne endringen av magnetfeltet er i forhold til lederen, det vil si at enten kan feltet variere, eller så kan lederen bevege seg gjennom et jevnt felt. Dette er det mest grunnleggende grunnlaget for elektriske generatorer.
Den tredje teorien er Lenz’ lov, som sier at den genererte EMF i lederen motsetter seg endringen av magnetfeltet. For eksempel, hvis en ledende ledning er plassert i et magnetfelt og hvis feltet reduseres, vil en EMF bli indusert i lederen i henhold til Faradays lov i en retning som den induserte strømmen vil rekonstruere det reduserte magnetfeltet. Hvis endringen av det eksterne magnetfeltet d φ konstrueres, vil EMF (ε) indusere i motsatt retning. Disse teoriene har blitt m alt til mange enheter. Denne EMF-induksjonen i selve lederen kalles selvinduktans av spolen, og variasjonen av strøm i en spole kan indusere en strøm i en annen nærliggende leder også. Dette kalles gjensidig induktans.
ε=-dφ/dt
Her indikerer det negative tegnet motsetningen til EMG til endringen av magnetfeltet.
Induktansenheter og anvendelse
Induktans måles i Henry (H), SI-enheten oppk alt etter Joseph Henry som oppdaget induksjonen uavhengig. Induktans er angitt som 'L' i elektriske kretser etter navnet Lenz.
Fra den klassiske elektriske klokken til moderne trådløse kraftoverføringsteknikker, har induksjon vært det grunnleggende prinsippet i mange innovasjoner. Som nevnt i begynnelsen av denne artikkelen, brukes magnetiseringen av en kobberspole til elektriske bjeller og releer. Et relé brukes til å bytte store strømmer ved hjelp av en veldig liten strøm som magnetiserer en spole som tiltrekker seg en pol av en bryter av den store strømmen. Et annet eksempel er utløserbryteren eller jordfeilbryteren (RCCB). Der føres de strømførende og nøytrale ledningene til forsyningen gjennom separate spoler som deler samme kjerne. I en normal tilstand er systemet balansert siden strømmen i strømførende og nøytral er den samme. Ved en strømlekkasje i hjemmekretsen vil strømmen i de to spolene være forskjellig, noe som gir et ubalansert magnetfelt i den delte kjernen. Dermed tiltrekker en bryterpol seg til kjernen, og kobler plutselig fra kretsen. Dessuten kan en rekke andre eksempler som transformator, RF-ID-system, trådløs strømlademetode, induksjonskomfyrer osv. gis.
Induktorer er også motvillige til plutselige endringer av strømmer gjennom dem. Derfor vil et høyfrekvent signal ikke passere gjennom en induktor; bare sakte skiftende komponenter ville passere. Dette fenomenet brukes ved utforming av analoge lavpassfilterkretser.
Hva er kapasitans?
Kapasitansen til en enhet måler evnen til å holde en elektrisk ladning i den. En grunnleggende kondensator er sammensatt av to tynne filmer av metallisk materiale og et dielektrisk materiale klemt mellom dem. Når en konstant spenning påføres de to metallplatene, lagres motsatte ladninger på dem. Disse ladningene vil forbli selv om spenningen fjernes. Videre, når motstand R er plassert som forbinder de to platene til den ladede kondensatoren, utlades kondensatoren. Kapasitansen C til enheten er definert som forholdet mellom ladningen (Q) den holder og den påførte spenningen, v, for å lade den. Kapasitansen måles med Farads (F).
C=Q/v
Tiden det tar å lade kondensatoren måles ved tidskonstanten gitt i: R x C. Her er R motstanden langs ladebanen. Tidskonstanten er tiden det tar for kondensatoren å lade 63 % av maksimal kapasitet.
Egenskaper for kapasitans og bruk
Kondensatorer reagerer ikke på konstante strømmer. Ved lading av kondensatoren varierer strømmen gjennom den til den er fulladet, men etter det går ikke strømmen langs kondensatoren. Dette er fordi det dielektriske laget mellom metallplatene gjør kondensatoren til en "off-switch". Imidlertid reagerer kondensatoren på varierende strømmer. Som vekselstrøm kan endringen av vekselspenningen ytterligere lade eller utlade en kondensator som gjør den til en "på-bryter" for vekselstrømspenninger. Denne effekten brukes til å designe analoge høypassfiltre.
I tillegg er det negative effekter i kapasitansen også. Som nevnt tidligere, lager ladningene som fører strøm i ledere kapasitans mellom hverandre så vel som nærliggende objekter. Denne effekten kalles strøkapasitans. I kraftoverføringslinjer vil strøkapasitansen kunne oppstå mellom hver ledning så vel som mellom ledningene og jord, bærende konstruksjoner osv. På grunn av de store strømmene som bæres av disse, påvirker disse strøeffektene krafttapene i kraftoverføringslinjer betraktelig.
Figur 02: Parallellplatekondensator
Hva er forskjellen mellom induktans og kapasitans?
Induktans vs kapasitans |
|
| Induktans er en egenskap ved strømførende ledere som genererer et magnetisk felt rundt lederen. | Kapasitans er en enhets evne til å lagre elektriske ladninger. |
| Measurement | |
| Induktans måles av Henry (H) og er symbolisert som L. | Kapasitans måles i Farads (F) og er symbolisert som C. |
| Devices | |
| Den elektriske komponenten knyttet til induktans er kjent som induktorer, som vanligvis spoler med en kjerne eller uten en kjerne. | Kapasitans er assosiert med kondensatorer. Det er flere typer kondensatorer som brukes i kretser. |
| Atferd ved spenningsendring | |
| Induktorer reagerer på sakte skiftende spenninger. Høyfrekvente AC-spenninger kan ikke passere gjennom induktorer. | Lavfrekvente AC-spenninger kan ikke passere gjennom kondensatorer, da de fungerer som en barriere for lave frekvenser. |
| Bruk som filtre | |
| Induktans er den dominerende komponenten i lavpassfiltre. | Kapasitans er den dominerende komponenten i høypassfiltre. |
Sammendrag – induktans vs kapasitans
Induktans og kapasitans er uavhengige egenskaper til to forskjellige elektriske komponenter. Mens induktansen er en egenskap til en strømførende leder for å bygge et magnetfelt, er kapasitans et mål på en enhets evne til å holde elektriske ladninger. Begge disse egenskapene brukes i ulike applikasjoner som grunnlag. Likevel blir disse en ulempe også når det gjelder strømtap. Responsen av induktans og kapasitans på varierende strømmer indikerer motsatt oppførsel. I motsetning til induktorer som passerer langsomt skiftende AC-spenninger, blokkerer kondensatorer langsomme frekvensspenninger som passerer gjennom dem. Dette er forskjellen mellom induktans og kapasitans.
