Induktiivsuse ja mahtuvuse erinevus

Peamine erinevus - induktiivsus vs mahtuvus
 

Induktiivsus ja mahtuvus on RLC ahelate peamised omadused. Induktoreid ja kondensaatoreid, mis on seotud vastavalt induktiivsuse ja mahtuvusega, kasutatakse tavaliselt lainekujugeneraatorites ja analoogfiltrites. Peamine erinevus induktiivsuse ja mahtuvuse vahel on see induktiivsus on voolu kandva juhi omadus, mis tekitab juhi ümber magnetvälja arvestades, et mahtuvus on seadme omadus elektrilaengute hoidmiseks ja salvestamiseks.

SISU
1. Ülevaade ja peamised erinevused
2. Mis on induktiivsus
3. Mis on mahtuvus
4. Kõrvuti võrdlus - induktiivsus vs mahtuvus
5. Kokkuvõte

Mis on induktiivsus?

Induktiivsus on „elektrijuhi omadus, mille kaudu voolu muutus selle kaudu kutsub esile elektrijuhi jõu elektrijuhis endas”. Kui vasktraat on mähitud ümber raudsüdamiku ja mähise kaks serva asetatakse aku klemmidele, muutub mähiseagul magnetiks. See nähtus ilmneb induktiivsuse omaduse tõttu.

Induktiivsusteooriad

On mitmeid teooriaid, mis kirjeldavad voolu kandva juhi käitumist ja induktiivsuse omadusi. Üks füüsiku Hans Christian Ørstedi leiutatud teooria väidab, et juhi ümber tekitatakse magnetväli B, kui seda läbib püsivool I. Voolu muutudes muutub ka magnetväli. Ørstedi seadus peetakse elektri ja magnetismi vahelise seose esimeseks avastuseks. Kui vool vaatlejast eemale voolab, on magnetvälja suund päripäeva.

Joonis 01: Oerstedi seadus

Vastavalt Faraday sisseelamisseadus, muutuv magnetväli kutsub esile elektromotoorjõu (EMF) läheduses asuvates juhtides. See magnetvälja muutus on juhtivusega seotud, see tähendab, et kas väli võib varieeruda või võib dirigent liikuda ühtlase välja kaudu. See on elektrigeneraatorite kõige põhilisem alus.

Kolmas teooria on Lenzi seadus, mis väidab, et juhis loodud EMF takistab magnetvälja muutumist. Näiteks kui juhtiv traat asetatakse magnetvälja ja kui väli on vähenenud, siis vastavalt Faraday seadusele indutseeritakse juhis elektromagnetiline kiirgus suunas, milles indutseeritud vool rekonstrueerib vähendatud magnetvälja. Kui välise magnetvälja muutus dφ ehitab, EMF (ε) indutseerib vastupidises suunas. Need teooriad on leidnud kinnitust paljudele seadmetele. Seda EMF-induktsiooni juhis endas nimetatakse mähise iseinduktiivsuseks ja voolu muutumine mähises võib põhjustada voolu ka teises läheduses asuvas juhis. Seda nimetatakse vastastikuseks induktiivsuseks.

ε = -dφ / dt

Negatiivne märk näitab siin EMG vastuseisu magnetvälja muutusele.

Induktiivsuse ja rakenduse ühikud

Induktiivsust mõõdetakse Henrys (H), SI-ühikus, mis sai nime Joseph Henry järgi, kes avastas induktsiooni iseseisvalt. Induktiivsust märgitakse LZ-na elektriskeemides Lenzi nime järel.

Alates klassikalisest elektrikellast kuni moodsate juhtmevaba jõuülekande tehnikateni on induktsioon olnud paljude uuenduste põhiprintsiip. Nagu käesoleva artikli alguses mainitud, kasutatakse elektriliste kellude ja releede jaoks vaskmähise magneteerimist. Suurte voolude lülitamiseks kasutatakse relee väga väikese voolu abil, mis magnetiseerib mähist, mis meelitab suure voolu lüliti naba. Veel üks näide on väljalülituslüliti või alalisvoolu kaitselüliti (RCCB). Seal juhitakse toite pingestatud ja neutraalsed juhtmed läbi eraldi mähiste, millel on sama tuum. Tavaolukorras on süsteem tasakaalus, kuna voolu pinge ja neutraalsus on samad. Koduse vooluringi lekke korral on vool kahes mähises erinev, muutes ühises südamikus tasakaalustamata magnetvälja. Seega tõmbab lüliti pool südamikku, katkestades järsult vooluahela. Lisaks võiks tuua veel mitmeid näiteid, näiteks trafo, RF-ID süsteem, juhtmevaba energia laadimise meetod, induktsioonpliidid jne..

Induktorid ei taha ka nende kaudu toimuvaid voolude järske muutusi. Seetõttu ei läbiks kõrgsagedussignaal induktiivpooli; ainult aeglaselt muutuvad komponendid läbiksid. Seda nähtust kasutatakse madalpääs-analoogfiltriringluse kujundamisel.

Mis on mahtuvus?

Seadme mahtuvus mõõdab võimet hoida selles elektrilaengut. Põhikondensaator koosneb kahest õhukesest metallmaterjali kilest ja nende vahele asetatud dielektrilisest materjalist. Kui kahele metallplaadile rakendatakse pidevat pinget, salvestuvad neile vastupidised laengud. Need laengud püsivad ka siis, kui pinge eemaldatakse. Veelgi enam, kui laetud kondensaatori kahte plaati ühendavad takistused R, siis kondensaator tühjeneb. Mahtuvus C seadme väärtust määratletakse laengu (Q) see hoiab ja rakendatud pinget, v, seda laadima. Mahtuvust mõõdetakse Faradiga (F).

C = Q / v

Kondensaatori laadimiseks kuluvat aega mõõdetakse ajakonstandiga, mis on antud: R x C. Siin R on takistus piki laadimisteed. Ajakonstant on aeg, mis kondensaatoril kulub 63% maksimaalsest mahust.

Mahtuvuse ja rakenduse omadused

Kondensaatorid ei reageeri pidevatele vooludele. Kondensaatori laadimisel varieerub vool läbi selle, kuni see on täielikult laetud, kuid pärast seda ei kulge vool mööda kondensaatorit. Selle põhjuseks on asjaolu, et metallplaatide vaheline dielektriline kiht muudab kondensaatori väljalülitajaks. Kuid kondensaator reageerib erinevatele vooludele. Nagu vahelduvvool, võib vahelduvpinge muutumine kondensaatorit veelgi laadida või tühjendada, muutes selle vahelduvpinge sisselülitamiseks. Seda efekti kasutatakse kõrgpääsmega analoogfiltrite kujundamisel.

Lisaks on negatiivne mõju ka mahtuvusele. Nagu varem mainitud, muudavad juhtides voolu kandvad laengud mahtuvuse nii üksteise kui ka läheduses asuvate objektide vahel. Seda efekti nimetatakse kui hajuv mahtuvus. Elektrienergia ülekandeliinides võib hajuv mahtuvus tekkida nii liinide vahel kui ka liinide ja maa vahel, kandekonstruktsioonides jne. Nende kantavate suurte voolude tõttu mõjutab see hajuv efekt märkimisväärselt jõuülekandeliinide energiakadusid.

Joonis 02: Paralleelne plaadikondensaator

 Mis vahe on induktiivsusel ja mahtuvusel??

Induktiivsus vs mahtuvus
Induktiivsus on voolu kandvate juhtide omadus, mis tekitab juhi ümber magnetvälja.	Mahutavus on seadme võime salvestada elektrilaenguid.
Mõõtmine
Induktiivsust mõõdab Henry (H) ja sümboliseeritakse kui L.	Mahtuvust mõõdetakse faadides (F) ja sümboliseeritakse C-ga.
Seadmed
Elektriline komponent, mis on seotud induktiivsusega, on tuntud kui induktiivpoolid, mis rullitakse tavaliselt südamikuga või ilma.	Mahtuvus on seotud kondensaatoritega. Ahelates kasutatakse mitut tüüpi kondensaatoreid.
Käitumine pinge muutumisel
Induktorite reageerimine aeglaselt muutuvatele pingetele. Kõrgsageduslikud vahelduvpinged ei saa läbi induktiivpoolide.	Madala sagedusega vahelduvpinged ei saa kondensaatoreid läbida, kuna need takistavad madalaid sagedusi.
Kasuta filtrina
Induktiivsus on madalpääsfiltrites domineeriv komponent.	Mahtuvus on kõrgpääsfiltrites domineeriv komponent.

Kokkuvõte - induktiivsus vs mahtuvus

Induktiivsus ja mahtuvus on kahe erineva elektrikomponendi sõltumatud omadused. Kuigi induktiivsus on voolu kandva juhi omadus luua magnetväli, mõõdab mahtuvus seadme võimet hoida elektrilaenguid. Mõlemaid neid omadusi kasutatakse erinevates rakendustes. Sellest hoolimata muutuvad need ebasoodsaks ka energiakadude osas. Induktiivsuse ja mahtuvuse reageerimine erinevatele vooludele näitab vastupidist käitumist. Erinevalt induktiivpoolidest, mis läbivad aeglaselt muutuvaid vahelduvpingeid, blokeerivad kondensaatorid aeglaselt neid läbivaid sageduspingeid. See on erinevus induktiivsuse ja mahtuvuse vahel.

Viide:
1.Sears, F. W. ja Zemansky, M. W. (1964). Ülikooli füüsika.Chicago
2.Mahutavus. (n.d.). Saadud 30. mail 2017 saidilt http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3.Elektromagnetiline induktsioon. (2017, mai 03). Toonitud 30. mai 2017, saidilt https://et.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

Pilt viisakalt:
1. Kasutaja „Elektromagnetilist olekut”: Stannered - Pilt: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) Commonsis Wikimedia
2. “Parallelplaadi kondensaator” induktiivkoormuse abil - oma joonistus (üldkasutatav) Commonsi Wikimedia kaudu