Ključna razlika – induktivnost u odnosu na kapacitet
Induktivnost i kapacitivnost su dva primarna svojstva RLC kola. Induktori i kondenzatori, koji su povezani sa induktivnošću, odnosno kapacitivnošću, obično se koriste u generatorima talasnih oblika i analognim filterima. Ključna razlika između induktivnosti i kapacitivnosti je u tome što je induktivnost svojstvo provodnika sa strujom koji stvara magnetsko polje oko vodiča, dok je kapacitivnost svojstvo uređaja da drži i skladišti električne naboje.
Šta je induktivnost?
Induktivnost je “svojstvo električnog provodnika kojim promjena struje kroz njega indukuje elektromotornu silu u samom provodniku”. Kada se bakrena žica omota oko željezne jezgre i dvije ivice zavojnice se stave na terminale baterije, sklop zavojnice postaje magnet. Ovaj fenomen nastaje zbog svojstva induktivnosti.
Teorije induktivnosti
Postoji nekoliko teorija koje opisuju ponašanje i svojstva induktivnosti provodnika sa strujom. Jedna teorija koju je izmislio fizičar, Hans Christian Ørsted, kaže da se magnetsko polje, B, stvara oko provodnika kada kroz njega prolazi konstantna struja I. Kako se struja mijenja, mijenja se i magnetsko polje. Ørstedov zakon smatra se prvim otkrićem veze između elektriciteta i magnetizma. Kada struja teče dalje od posmatrača, smjer magnetskog polja je u smjeru kazaljke na satu.
Slika 01: Oerstedov zakon
Prema Faradejevom zakonu indukcije, promjenjivo magnetsko polje inducira elektromotornu silu (EMF) u obližnjim provodnicima. Ova promjena magnetskog polja je relativna u odnosu na provodnik, odnosno polje može varirati ili se provodnik može kretati kroz stabilno polje. Ovo je najosnovnija osnova električnih generatora.
Treća teorija je Lenzov zakon, koji kaže da se generirani EMF u provodniku suprotstavlja promjeni magnetnog polja. Na primjer, ako se provodna žica stavi u magnetsko polje i ako se polje smanji, EMF će se inducirati u vodiču prema Faradejevom zakonu u smjeru u kojem će inducirana struja rekonstruirati smanjeno magnetsko polje. Ako je promjena vanjskog magnetskog polja d φ konstruirana, EMF (ε) će inducirati u suprotnom smjeru. Ove teorije su utemeljene na mnogim uređajima. Ova EMF indukcija u samom vodiču naziva se samoinduktivnost zavojnice, a varijacija struje u zavojnici može inducirati struju iu drugom obližnjem vodiču. Ovo se zove međusobna induktivnost.
ε=-dφ/dt
Ovdje, negativni predznak ukazuje na suprotnost EMG-a promjeni magnetnog polja.
Jedinice induktivnosti i primjene
Induktivnost se mjeri u Henryju (H), jedinici SI nazvanoj po Joseph Henryju koji je otkrio indukciju nezavisno. Induktivnost je označena kao 'L' u električnim krugovima nakon imena Lenz.
Od klasičnog električnog zvona do modernih tehnika bežičnog prijenosa energije, indukcija je bila osnovni princip u mnogim inovacijama. Kao što je spomenuto na početku ovog članka, magnetizacija bakrene zavojnice se koristi za električna zvona i releje. Relej se koristi za prebacivanje velikih struja koristeći vrlo malu struju koja magnetizira zavojnicu koja privlači pol prekidača velike struje. Drugi primjer je okidač ili prekidač diferencijalne struje (RCCB). Tamo se živa i neutralna žica napajanja prolaze kroz odvojene zavojnice koje dijele isto jezgro. U normalnom stanju, sistem je izbalansiran jer je struja u naponu i neutralnom isto. Kod curenja struje u kućnom kolu, struja u dva namotaja će biti različita, stvarajući neuravnoteženo magnetsko polje u zajedničkom jezgru. Dakle, pol prekidača privlači jezgro, iznenada isključujući strujni krug. Štaviše, može se navesti niz drugih primjera kao što su transformator, RF-ID sistem, bežični način punjenja, indukcijski štednjaci, itd.
Induktori takođe ne žele nagle promene struja kroz njih. Stoga, signal visoke frekvencije ne bi prošao kroz induktor; prolazile bi samo komponente koje se polako mijenjaju. Ovaj fenomen se koristi u dizajniranju niskopropusnih analognih filterskih kola.
Šta je kapacitivnost?
Kapacitivnost uređaja mjeri sposobnost zadržavanja električnog naboja u njemu. Osnovni kondenzator se sastoji od dva tanka filma metalnog materijala i dielektričnog materijala koji se nalazi između njih. Kada se na dvije metalne ploče primijeni konstantni napon, na njima se pohranjuju suprotni naboji. Ovi naboji će ostati čak i ako se napon ukloni. Nadalje, kada se postavi otpor R koji povezuje dvije ploče napunjenog kondenzatora, kondenzator se prazni. Kapacitet C uređaja je definiran kao omjer između naboja (Q) koji drži i primijenjenog napona, v, za njegovo punjenje. Kapacitet se mjeri Faradima (F).
C=Q/v
Vrijeme potrebno za punjenje kondenzatora mjeri se vremenskom konstantom datom u: R x C. Ovdje je R otpor duž puta punjenja. Vremenska konstanta je vrijeme potrebno kondenzatoru da napuni 63% svog maksimalnog kapaciteta.
Svojstva kapaciteta i primjene
Kondenzatori ne reaguju na konstantne 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 "isključenim prekidačem". Međutim, kondenzator reagira na različite struje. Poput naizmjenične struje, promjena izmjeničnog napona može dodatno napuniti ili isprazniti kondenzator što ga čini 'prekidačem za uključivanje' za AC napone. Ovaj efekat se koristi za dizajniranje visokopropusnih analognih filtera.
Dalje, postoje negativni efekti i na kapacitet. Kao što je ranije spomenuto, naelektrisanja koja nose struju u provodnicima stvaraju kapacitet između jedni drugih, kao i obližnjih objekata. Ovaj efekat se naziva lutajući kapacitet. U dalekovodima, lutajući kapacitet može nastati između svakog voda, kao i između vodova i zemlje, nosećih konstrukcija itd. Zbog velikih struja koje prenose, ovaj lutajući efekat značajno utiče na gubitke električne energije u dalekovodima.
Slika 02: Paralelni pločasti kondenzator
Koja je razlika između induktivnosti i kapacitivnosti?
Induktivnost vs kapacitivnost |
|
| Induktivnost je svojstvo provodnika sa strujom koje stvara magnetno polje oko provodnika. | Kapacitivnost je sposobnost uređaja da skladišti električne naboje. |
| Merenje | |
| 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 sa induktivnošću poznata je kao induktori, koji se obično namotaju sa jezgrom ili bez jezgre. | Kapacitivnost je povezana sa kondenzatorima. Postoji nekoliko tipova kondenzatora koji se koriste u kolima. |
| Ponašanje pri promjeni napona | |
| Reakcija induktora na sporo mijenjanje napona. Visokofrekventni AC naponi ne mogu proći kroz induktore. | Niskofrekventni AC naponi ne mogu proći kroz kondenzatore, jer djeluju kao prepreka niskim frekvencijama. |
| Koristite kao filtere | |
| Induktivnost je dominantna komponenta u niskopropusnim filterima. | Kapacitivnost je dominantna komponenta u visokopropusnim filterima. |
Sažetak – induktivnost u odnosu na kapacitet
Induktivnost i kapacitivnost su nezavisna svojstva dvije različite električne komponente. Dok je induktivnost svojstvo provodnika sa strujom da stvara magnetsko polje, kapacitivnost je mjera sposobnosti uređaja da drži električne naboje. Oba ova svojstva se koriste u raznim aplikacijama kao osnova. Ipak, oni postaju nedostatak iu smislu gubitaka energije. Reakcija induktivnosti i kapacitivnosti na različite struje ukazuje na suprotno ponašanje. Za razliku od induktora koji prolaze sporo promjenjive AC napone, kondenzatori blokiraju napone niske frekvencije koji prolaze kroz njih. Ovo je razlika između induktivnosti i kapacitivnosti.
