nyckelskillnad – induktans vs kapacitans
Induktans och kapacitans är två av de primära egenskaperna hos RLC-kretsar. Induktorer och kondensatorer, som är associerade med induktans respektive kapacitans, används vanligtvis i vågformsgeneratorer och analoga filter. Den viktigaste skillnaden mellan induktans och kapacitans är att induktans är en egenskap hos en strömförande ledare som genererar ett magnetiskt fält runt ledaren medan kapacitans är en egenskap hos en anordning för att hålla och lagra elektriska laddningar.
Vad är induktans?
Induktans är "egenskapen hos en elektrisk ledare genom vilken en förändring i strömmen genom den inducerar en elektromotorisk kraft i själva ledaren". När en koppartråd lindas runt en järnkärna och spolens två kanter placeras på batteripolerna, blir spolenheten en magnet. Detta fenomen uppstår på grund av egenskapen induktans.
Teorier om induktans
Det finns flera teorier som beskriver beteendet och egenskaperna hos induktansen hos en strömförande ledare. En teori som uppfunnits av fysikern, Hans Christian Ørsted, säger att ett magnetfält, B, genereras runt ledaren när en konstant ström, I, går genom den. När strömmen förändras, förändras även magnetfältet. Ørsteds lag anses vara den första upptäckten av sambandet mellan elektricitet och magnetism. När strömmen flyter bort från observatören är magnetfältets riktning medurs.
Figur 01: Oersteds lag
I enlighet med Faradays induktionslag, inducerar ett förändrat magnetfält en elektromotorisk kraft (EMF) i närliggande ledare. Denna förändring av magnetfältet är i förhållande till ledaren, det vill säga antingen kan fältet variera eller så kan ledaren röra sig genom ett stadigt fält. Detta är den mest grundläggande grunden för elektriska generatorer.
Den tredje teorin är Lenz’ lag, som säger att den genererade EMF i ledaren motverkar förändringen av magnetfältet. Till exempel, om en ledande tråd placeras i ett magnetfält och om fältet reduceras, kommer en EMF att induceras i ledaren enligt Faradays lag i en riktning genom vilken den inducerade strömmen kommer att rekonstruera det reducerade magnetfältet. Om förändringen av det externa magnetfältet d φ konstrueras, kommer EMF (ε) att inducera i motsatt riktning. Dessa teorier har m alts till många enheter. Denna EMF-induktion i själva ledaren kallas spolens självinduktans, och variationen av ström i en spole skulle kunna inducera en ström i en annan närliggande ledare också. Detta kallas ömsesidig induktans.
ε=-dφ/dt
Här indikerar det negativa tecknet EMG:s motstånd mot förändringen av magnetfältet.
Induktans- och tillämpningsenheter
Induktans mäts i Henry (H), SI-enheten uppkallad efter Joseph Henry som upptäckte induktionen oberoende. Induktans anges som 'L' i elektriska kretsar efter namnet Lenz.
Från den klassiska elektriska klockan till moderna trådlösa kraftöverföringstekniker har induktion varit grundprincipen i många innovationer. Som nämnts i början av denna artikel används magnetiseringen av en kopparspole för elektriska klockor och reläer. Ett relä används för att koppla om stora strömmar med en mycket liten ström som magnetiserar en spole som drar till sig en pol av en omkopplare av den stora strömmen. Ett annat exempel är utlösningsbrytaren eller jordfelsbrytaren (RCCB). Där förs strömförsörjningens och neutrala ledningar genom separata spolar som delar samma kärna. I ett norm alt tillstånd är systemet balanserat eftersom strömmen i strömförande och neutral är densamma. Vid ett strömläckage i hemkretsen kommer strömmen i de två spolarna att vara olika, vilket skapar ett obalanserat magnetfält i den delade kärnan. Således drar en omkopplarpol till kärnan och kopplar plötsligt bort kretsen. Dessutom skulle ett antal andra exempel som transformator, RF-ID-system, trådlös laddningsmetod, induktionsspisar etc. kunna ges.
Induktorer är också ovilliga till plötsliga förändringar av strömmar genom dem. Därför skulle en högfrekvent signal inte passera genom en induktor; endast långsamt förändrade komponenter skulle passera. Detta fenomen används vid design av analoga lågpassfilterkretsar.
Vad är Kapacitans?
Kapacitansen hos en enhet mäter förmågan att hålla en elektrisk laddning i den. En grundläggande kondensator är sammansatt av två tunna filmer av metalliskt material och ett dielektriskt material inklämt mellan dem. När en konstant spänning appliceras på de två metallplattorna, lagras motsatta laddningar på dem. Dessa laddningar kommer att finnas kvar även om spänningen tas bort. Vidare, när motståndet R placeras som förbinder den laddade kondensatorns två plattor, laddas kondensatorn ur. Kapacitansen C för enheten definieras som förhållandet mellan laddningen (Q) den håller och den pålagda spänningen, v, för att ladda den. Kapacitansen mäts med Farads (F).
C=Q/v
Tiden det tar att ladda kondensatorn mäts av tidskonstanten som anges i: R x C. Här är R resistansen längs laddningsvägen. Tidskonstant är den tid det tar för kondensatorn att ladda 63 % av sin maximala kapacitet.
Egenskaper för kapacitans och tillämpning
Kondensatorer svarar inte på konstanta strömmar. Vid laddningen av kondensatorn varierar strömmen genom den tills den är fulladdad, men efter det passerar inte strömmen längs kondensatorn. Detta beror på att det dielektriska lagret mellan metallplattorna gör kondensatorn till en "off-switch". Kondensatorn svarar dock på varierande strömmar. Liksom växelström kan förändringen av växelspänningen ytterligare ladda eller ladda ur en kondensator vilket gör den till en "on-switch" för växelspänningar. Den här effekten används för att designa analoga högpassfilter.
Dessutom finns det negativa effekter i kapacitansen. Som tidigare nämnts skapar laddningarna som bär ström i ledare kapacitans mellan varandra såväl som närliggande föremål. Denna effekt kallas strökapacitans. I kraftledningar kan strökapacitansen uppstå mellan varje ledning såväl som mellan ledningarna och jord, bärande konstruktioner etc. På grund av de stora strömmarna som bärs av dessa, påverkar dessa ströeffekter avsevärt effektförlusterna i kraftledningar.
Figur 02: Parallell plattkondensator
Vad är skillnaden mellan induktans och kapacitans?
Induktans vs Kapacitans |
|
| Induktans är en egenskap hos strömförande ledare som genererar ett magnetfält runt ledaren. | Kapacitans är en enhets förmåga att lagra elektriska laddningar. |
| Measurement | |
| Induktans mäts av Henry (H) och symboliseras som L. | Kapacitans mäts i Farads (F) och symboliseras som C. |
| Devices | |
| Den elektriska komponenten som är associerad med induktans kallas induktorer, som vanligtvis lindas med en kärna eller utan en kärna. | Kapacitans är associerad med kondensatorer. Det finns flera typer av kondensatorer som används i kretsar. |
| Beteende vid spänningsändring | |
| Induktorer svarar på långsamt växlande spänningar. Högfrekventa växelspänningar kan inte passera genom induktorer. | Lågfrekventa växelspänningar kan inte passera genom kondensatorer, eftersom de fungerar som en barriär för låga frekvenser. |
| Använd som filter | |
| Induktans är den dominerande komponenten i lågpassfilter. | Kapacitans är den dominerande komponenten i högpassfilter. |
Sammanfattning – Induktans vs Kapacitans
Induktans och kapacitans är oberoende egenskaper hos två olika elektriska komponenter. Medan induktansen är en egenskap hos en strömförande ledare för att bygga upp ett magnetfält, är kapacitansen ett mått på en enhets förmåga att hålla elektriska laddningar. Båda dessa egenskaper används i olika tillämpningar som grund. Ändå blir dessa en nackdel också när det gäller effektförluster. Svaret av induktans och kapacitans på varierande strömmar indikerar motsatt beteende. Till skillnad från induktorer som passerar långsamt växlande växelspänningar, blockerar kondensatorer långsamma frekvensspänningar som passerar genom dem. Detta är skillnaden mellan induktans och kapacitans.
