Ključna razlika – induktivitet u odnosu na kapacitet
Induktivitet i kapacitivnost dva su primarna svojstva RLC sklopova. Induktori i kondenzatori, koji su povezani s induktivitetom odnosno kapacitivnošću, obično se koriste u generatorima valnih oblika i analognim filtrima. Ključna razlika između induktiviteta i kapacitivnosti je u tome što je induktivitet svojstvo vodiča kroz koji prolazi struja koji stvara magnetsko polje oko vodiča, dok je kapacitivnost svojstvo uređaja za zadržavanje i pohranjivanje električnih naboja.
Što je induktivnost?
Induktivnost je “svojstvo električnog vodiča prema kojem promjena struje kroz njega inducira elektromotornu silu u samom vodiču”. Kada se bakrena žica omota oko željezne jezgre i dva ruba zavojnice postave na kontakte baterije, sklop zavojnice postaje magnet. Ovaj fenomen nastaje zbog svojstva induktivnosti.
Teorije induktivnosti
Postoji nekoliko teorija koje opisuju ponašanje i svojstva induktiviteta vodiča kroz koji prolazi struja. Jedna teorija koju je izmislio fizičar, Hans Christian Ørsted, kaže da se magnetsko polje, B, stvara oko vodiča kada konstantna struja, I, prolazi kroz njega. Kako se struja mijenja, mijenja se i magnetsko polje. Ørstedov zakon smatra se prvim otkrićem odnosa između elektriciteta i magnetizma. Kada struja teče od promatrača, smjer magnetskog polja je u smjeru kazaljke na satu.
Slika 01: Oerstedov zakon
Prema Faradayevom zakonu indukcije, promjenjivo magnetsko polje inducira elektromotornu silu (EMF) u obližnjim vodičima. Ova promjena magnetskog polja je relativna u odnosu na vodič, to jest, ili polje može varirati, ili se vodič može kretati kroz stabilno polje. Ovo je najosnovnija osnova električnih generatora.
Treća teorija je Lenzov zakon, koji kaže da se generirani EMF u vodiču suprotstavlja promjeni magnetskog polja. Na primjer, ako se vodljiva žica stavi u magnetsko polje i ako se polje smanji, EMF će se inducirati u vodiču prema Faradayevom zakonu u smjeru kojim će inducirana struja rekonstruirati smanjeno magnetsko polje. Ako je promjena vanjskog magnetskog polja d φ konstruktivna, EMF (ε) će inducirati u suprotnom smjeru. Ove su teorije utemeljene na mnogim uređajima. Ova indukcija EMF-a u samom vodiču naziva se samoinduktivnost zavojnice, a varijacija struje u zavojnici može također inducirati struju u drugom obližnjem vodiču. To se naziva uzajamna induktivnost.
ε=-dφ/dt
Ovdje negativni predznak označava suprotnost EMG-a promjeni magnetskog polja.
Jedinice induktivnosti i primjena
Induktivnost se mjeri u Henryju (H), SI jedinici nazvanoj po Josephu Henryju koji je neovisno otkrio indukciju. Induktivitet se u električnim krugovima označava kao 'L' nakon imena Lenz.
Od klasičnog električnog zvona do modernih bežičnih tehnika prijenosa energije, indukcija je bila osnovni princip u mnogim inovacijama. Kao što je spomenuto na početku ovog članka, magnetizacija bakrene zavojnice koristi se za električna zvona i releje. Relej se koristi za prebacivanje velikih struja pomoću vrlo male struje koja magnetizira zavojnicu koja privlači pol sklopke velike struje. Drugi primjer je sklopka za isključivanje ili prekidač zaostale struje (RCCB). Tamo se napojna i neutralna žica napajanja propuštaju kroz zasebne zavojnice koje dijele istu jezgru. U normalnim uvjetima, sustav je uravnotežen budući da je struja pod naponom i neutralna struja ista. Pri curenju struje u kućnom krugu, struja u dvije zavojnice bit će različita, stvarajući neuravnoteženo magnetsko polje u zajedničkoj jezgri. Dakle, stup prekidača privlači jezgru, iznenada prekidajući krug. Štoviše, mogu se navesti brojni drugi primjeri kao što su transformator, RF-ID sustav, metoda bežičnog punjenja, indukcijska kuhala itd.
Induktori također ne žele nagle promjene struja kroz njih. Stoga, visokofrekventni signal ne bi prošao kroz induktor; prolazile bi samo komponente koje se sporo mijenjaju. Ovaj se fenomen koristi u projektiranju niskopropusnih analognih filtarskih krugova.
Što je kapacitivnost?
Kapacitet uređaja mjeri sposobnost držanja električnog naboja u njemu. Osnovni kondenzator sastoji se od dva tanka sloja metalnog materijala i dielektričnog materijala između njih. Kada se na dvije metalne ploče primijeni konstantan napon, na njima se pohranjuju suprotni naboji. Ti će naboji ostati čak i ako se napon ukloni. Nadalje, kada se postavi otpor R koji povezuje dvije ploče nabijenog kondenzatora, kondenzator se prazni. Kapacitivnost C uređaja definirana je kao omjer između naboja (Q) koji drži i primijenjenog napona, v, za njegovo punjenje. Kapacitivnost se mjeri faradima (F).
C=Q/v
Vrijeme potrebno za punjenje kondenzatora mjeri se vremenskom konstantom danom u: R x C. Ovdje je R otpor duž putanje punjenja. Vremenska konstanta je vrijeme potrebno kondenzatoru da napuni 63% svog maksimalnog kapaciteta.
Svojstva kapacitivnosti i primjena
Kondenzatori ne reagiraju na stalne struje. Pri punjenju kondenzatora struja kroz njega varira dok se potpuno ne napuni, ali nakon toga struja ne prolazi duž kondenzatora. To je zato što dielektrični sloj između metalnih ploča čini kondenzator "prekidačem za isključivanje". Međutim, kondenzator reagira na različite struje. Poput izmjenične struje, promjena izmjeničnog napona mogla bi dodatno puniti ili prazniti kondenzator čineći ga "prekidačem" za izmjenične napone. Ovaj se efekt koristi za dizajn visokopropusnih analognih filtara.
Nadalje, postoje i negativni učinci u kapacitetu. Kao što je ranije spomenuto, naboji koji prenose struju u vodičima stvaraju kapacitet između sebe kao i između objekata u blizini. Taj se učinak naziva lutajući kapacitet. U vodovima za prijenos električne energije, lutajući kapacitet može se pojaviti između svake linije, kao i između vodova i zemlje, potpornih konstrukcija, itd. Zbog velikih struja koje nose, ovaj lutajući učinak značajno utječe na gubitke snage u vodovima za prijenos električne energije.
Slika 02: Paralelni pločasti kondenzator
Koja je razlika između induktivnosti i kapacitivnosti?
Induktivitet u odnosu na kapacitet |
|
| Induktivitet je svojstvo vodiča s strujom koje stvara magnetsko polje oko vodiča. | Kapacitivnost je sposobnost uređaja da pohranjuje električne naboje. |
| Mjerenje | |
| Induktivnost se mjeri Henryjem (H) i simbolizira se kao L. | Kapacitivnost se mjeri u faradima (F) i simbolizira se kao C. |
| Uređaji | |
| Električna komponenta povezana s induktivnošću poznata je kao induktori, koji se obično namotavaju s jezgrom ili bez jezgre. | Kapacitivnost je povezana s kondenzatorima. Postoji nekoliko vrsta kondenzatora koji se koriste u krugovima. |
| Ponašanje pri promjeni napona | |
| Odziv induktora na spore promjene napona. Visokofrekventni izmjenični naponi ne mogu proći kroz induktore. | Niskofrekventni izmjenični naponi ne mogu proći kroz kondenzatore jer djeluju kao prepreka niskim frekvencijama. |
| Koristi kao filtre | |
| Induktivnost je dominantna komponenta u niskopropusnim filtrima. | Kapacitet je dominantna komponenta u visokopropusnim filtrima. |
Sažetak – Induktivitet u odnosu na kapacitet
Induktivitet i kapacitet neovisna su svojstva dviju različitih električnih komponenti. Dok je induktivitet svojstvo vodiča kroz koji prolazi struja da stvara magnetsko polje, kapacitivnost je mjera sposobnosti uređaja da drži električne naboje. Oba ova svojstva koriste se u različitim primjenama kao osnova. Ipak, oni također postaju nedostatak u smislu gubitaka snage. Odziv induktiviteta i kapacitivnosti na različite struje ukazuje na suprotno ponašanje. Za razliku od induktora koji propuštaju izmjenične napone koji se sporo mijenjaju, kondenzatori blokiraju napone sporih frekvencija koji prolaze kroz njih. To je razlika između induktiviteta i kapacitivnosti.
