Skillnad mellan induktans och kapacitans

Huvudskillnad - Induktans vs Kapacitans
 

Induktans och kapacitans är två av de primära egenskaperna hos RLC-kretsarna. Induktorer och kondensatorer, vilka är associerade med induktans respektive kapacitans, används vanligtvis i vågformgeneratorer och analoga filter. Den viktigaste skillnaden mellan induktans och kapacitans är det induktans är en egenskap hos en strömtransportledning som genererar ett magnetfält runt ledaren medan kapacitans är en egenskap hos en enhet för att hålla och lagra elektriska laddningar.

INNEHÅLL
1. Översikt och nyckelskillnad
2. Vad är induktans
3. Vad är kapacitans
4. Side vid sidajämförelse - Induktans vs Kapacitans
5. Sammanfattning

Vad är induktans?

Induktans är "egenskapen hos en elektrisk ledare genom vilken en förändring av strömmen genom den inducerar en elektromotorisk kraft i ledaren själv". När en koppertråd är omslagen runt en järnkärna och de två kanterna på spolen är placerade på batteripolar, blir spoleanordningen en magnet. Detta fenomen uppstår på grund av inductans egenskap.

Induktans teorier

Det finns flera teorier som beskriver beteendet och egenskaperna hos induktansen hos en strömbärare. En teori uppfunnad av fysikern, Hans Christian Ørsted, säger att ett magnetfält, B, genereras runt ledaren när en konstant ström, jag, går igenom den. Som den nuvarande ändras, gör det också magnetfältet. Ørsteds lag anses vara den första upptäckten av förhållandet mellan el och magnetism. När strömmen flyter bort från observatören är magnetfältets riktning medsols.

Figur 01: Oersteds lag

Enligt Faradays induktionslag, ett föränderligt magnetfält inducerar en elektromotorisk kraft (EMF) i närliggande ledare. Denna förändring av magnetfältet är i förhållande till ledaren, det vill säga, antingen fältet kan variera eller ledaren kan röra sig genom ett stadigt fält. Detta är den grundläggande grunden för elektriska generatorer.

Den tredje teorin är Lenz lag, som säger att den genererade EMF i ledaren motsätter sig förändringen av magnetfältet. Om en ledningstråd exempelvis 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 ändringen av det externa magnetfältet dφ bygger, EMF (ε) kommer att inducera i motsatt riktning. Dessa teorier har blivit grundade på många enheter. Denna EMF-induktion i själva ledaren kallas självinduktans av spolen, och variationen av ström i en spole kan inducera en ström i en annan närliggande ledare också. Detta kallas som gemensam induktans.

e = -dφ / dt

Här indikerar det negativa tecknet motståndet från EMG till förändringen av magnetfältet.

Induktans- och applikationsenheter

Induktansen mäts i Henry (H), SI-enheten uppkallad efter Joseph Henry, som själv upptäckte induktionen. Induktans noteras som "L" i elektriska kretsar efter namnet Lenz.

Från den klassiska elektriska klockan till den moderna trådlösa kraftöverföringstekniken 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 byta stora strömmar med en mycket liten ström som magnetiserar en spole som lockar en pol av en strömbrytare av den stora strömmen. Ett annat exempel är resväxeln eller restströmbrytaren (RCCB). Där matas leveransens levande och neutrala ledningar genom separata spolar som delar samma kärna. I ett normalt skick är systemet balanserat eftersom strömmen är levande och neutral är densamma. Vid en strömläckage i hemkretsen kommer strömmen i de två spolarna att vara annorlunda, vilket gör ett obalanserat magnetfält i den delade kärnan. Således lockar en omkopplingspole till kärnan, vilket plötsligt kopplar ur kretsen. Dessutom kan ett antal andra exempel, såsom transformator, RF-ID-system, trådlös strömladdningsmetod, induktionskokare etc. ges.

Induktorer är också ovilliga att plötsliga förändringar av strömmar genom dem. Därför skulle en högfrekvenssignal inte passera genom en induktor; endast långsamt byta komponenter skulle passera. Detta fenomen används vid utformning av lågpass-analoga filterkretsar.

Vad är kapacitans?

Kapacitansen hos en enhet mäter möjligheten att hålla en elektrisk laddning i den. En basisk kondensator består av två tunna filmer av metalliskt material och ett dielektriskt material som är mellanliggande. När en konstant spänning appliceras på de två metallplattorna blir motsatta laddningar lagrade på dem. Dessa avgifter kommer att förbli även om spänningen är borttagen. Vidare släpper kondensatorn när resistans R placeras som förbinder de laddade kondensatorens två plattor. Kapacitansen C av anordningen definieras som förhållandet mellan laddningen (Q) den håller och den applicerade spänningen, v, att ladda det. Kapacitans mäts av Farads (F).

C = Q / v

Tiden som tas för att ladda kondensatorn mäts av den tidskonstant som anges i: R x C. Här är R resistansen längs laddningsbanan. Tidskonstant är den tid som kondensatorn tar för att ladda 63% av sin maximala kapacitet.

Egenskaper för kapacitans och tillämpning

Kondensatorer svarar inte på konstanta strömmar. Vid laddning av kondensatorn varierar strömmen genom den tills den är fulladad, men efter det går inte strömmen över kondensatorn. Detta beror på att det dielektriska skiktet mellan metallplattorna gör kondensatorn till en "avbrytare". Kondensatorn svarar emellertid på varierande strömmar. Liksom växelström kan växelspänningen ändras ytterligare eller ladda en kondensator som gör det till en "strömbrytare" för växelströmsspänningar. Denna effekt används för att designa högpass-analoga filter.

Dessutom finns det också negativa effekter i kapacitans. Som tidigare nämnts gör laddningarna som bär ström i ledare kapacitans mellan varandra och närliggande föremål. Denna effekt kallas som omvänd kapacitans. Vid kraftöverföringsledningar kan stridkapacitansen uppstå mellan varje linje såväl som mellan linjerna och jorden, stödstrukturerna etc. På grund av de stora strömmar som bäras av dem påverkar denna omedelbara effekt betydligt effektförluster i kraftöverföringsledningar.

Figur 02: Parallellplatta kondensator

 Vad är skillnaden mellan induktans och kapacitans?

Induktans vs kapacitans
Induktans är en egenskap hos strömtransportledare som genererar ett magnetfält runt ledaren.	Kapacitans är förmågan hos en enhet att lagra elektriska laddningar.
Mått
Induktansen mäts av Henry (H) och är symboliserad som L.	Kapacitans mäts i Farads (F) och symboliseras som C.
enheter
Den elektriska komponenten förknippad med induktans är känd som induktorer, som vanligtvis spoler med en kärna eller utan en kärna.	Kapacitans är associerad med kondensatorer. Det finns flera typer av kondensatorer som används i kretsar.
Beteende vid förändring av spänning
Induktans svar på långsamma spänningar. Högfrekventa spänningar kan inte passera genom induktorer.	Lågfrekventa AC-spänningar kan inte passera genom kondensatorer, eftersom de fungerar som en barriär mot 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 strömbärare för att bygga ett magnetfält är kapacitansen ett mått på en anordnings förmåga att hålla elektriska laddningar. Båda dessa egenskaper används i olika applikationer som bas. Ändå blir dessa nackdelar med avseende på strömförluster. Induktans och kapacitansens respons på olika strömmar indikerar motsatt beteende. Till skillnad från induktorer som passerar långsamma växelspänningar, blockerar kondensatorer långsamma frekvensspänningar som passerar dem. Detta är skillnaden mellan induktans och kapacitans.

Referens:
1.Sears, F.W., och Zemansky, M.W. (1964). Universitets fysik.Chicago
2.Capacitance. (N.d.). Hämtad 30 maj 2017, från http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3.Elektromagnetisk induktion. (2017, maj 03). Hämtad 30 maj 2017, från https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

Image Courtesy:
1. "Elektromagnetism" Av Användare: Stannered - Bild: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Parallellplattkondensator" Genom induktivladdning - egen ritning (Public Domain) via Commons Wikimedia