Hauptunterschied - Induktivität gegen Kapazität
Induktivität und Kapazität sind zwei der Haupteigenschaften von RLC-Schaltungen. Induktivitäten und Kondensatoren, die mit Induktivität bzw. Kapazität verbunden sind, werden üblicherweise in Wellenformgeneratoren und analogen Filtern verwendet. Der Hauptunterschied zwischen Induktivität und Kapazität besteht darin, dass die Induktivität eine Eigenschaft eines stromführenden Leiters ist, der ein Magnetfeld um den Leiter erzeugt, während die Kapazität eine Eigenschaft einer Vorrichtung zum Halten und Speichern elektrischer Ladungen ist.
INHALT
1. Überblick und Hauptunterschied
2. Was ist Induktivität
3. Was ist Kapazität
4. Nebeneinander Vergleich - Induktivität gegen Kapazität
5. Zusammenfassung
Was ist Induktivität?
Die Induktivität ist die „Eigenschaft eines elektrischen Leiters, durch die eine Änderung des Stroms durch ihn eine elektromotorische Kraft im Leiter selbst induziert“. Wenn ein Kupferdraht um einen Eisenkern gewickelt wird und die beiden Kanten der Spule auf Batterieklemmen angeordnet sind, wird die Spulenanordnung zu einem Magneten. Dieses Phänomen tritt aufgrund der Eigenschaft der Induktivität auf.
Theorien der Induktivität
Es gibt verschiedene Theorien, die das Verhalten und die Eigenschaften der Induktivität eines stromführenden Leiters beschreiben. Eine vom Physiker Hans Christian Ørsted erfundene Theorie besagt, dass ein Magnetfeld B um den Leiter herum erzeugt wird, wenn ein konstanter Strom I durch ihn fließt. Wenn sich der Strom ändert, ändert sich auch das Magnetfeld. Das Ørstedsche Gesetz gilt als erste Entdeckung der Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Wenn der Strom vom Betrachter wegfließt, ist die Richtung des Magnetfelds im Uhrzeigersinn.
Abbildung 01: Oersteds Gesetz
Nach dem Faradayschen Induktionsgesetz induziert ein sich änderndes Magnetfeld eine elektromotorische Kraft (EMF) in nahegelegenen Leitern. Diese Änderung des Magnetfelds ist relativ zum Leiter, dh entweder kann das Feld variieren oder der Leiter kann sich durch ein stetiges Feld bewegen. Dies ist die grundlegendste Grundlage für elektrische Generatoren.
Die dritte Theorie ist das Lenzsche Gesetz, das besagt, dass die im Leiter erzeugte EMF der Änderung des Magnetfelds entgegenwirkt. Wenn beispielsweise ein leitender Draht in ein Magnetfeld gebracht wird und wenn das Feld verringert wird, wird gemäß dem Faradayschen Gesetz eine EMF im Leiter in einer Richtung induziert, durch die der induzierte Strom das reduzierte Magnetfeld rekonstruiert. Wenn sich die Änderung des externen Magnetfelds d φ aufbaut, induziert die EMF (ε) in die entgegengesetzte Richtung. Diese Theorien wurden auf viele Geräte übertragen. Diese EMF-Induktion im Leiter selbst wird als Selbstinduktivität der Spule bezeichnet, und die Änderung des Stroms in einer Spule könnte auch einen Strom in einem anderen nahe gelegenen Leiter induzieren. Dies wird als Gegeninduktivität bezeichnet.
ε = -dφ / dt
Hier zeigt das negative Vorzeichen den Gegensatz des EMG zur Änderung des Magnetfeldes an.
Induktivitäts- und Anwendungseinheiten
Die Induktivität wird in Henry (H) gemessen, der SI-Einheit, die nach Joseph Henry benannt ist, der die Induktion unabhängig entdeckte. Die Induktivität wird in Stromkreisen nach dem Namen Lenz als "L" angegeben.
Von der klassischen elektrischen Glocke bis zu den modernen drahtlosen Energieübertragungstechniken war die Induktion das Grundprinzip vieler Innovationen. Wie am Anfang dieses Artikels erwähnt, wird die Magnetisierung einer Kupferspule für elektrische Glocken und Relais verwendet. Ein Relais wird verwendet, um große Ströme unter Verwendung eines sehr kleinen Stroms zu schalten, der eine Spule magnetisiert, die einen Pol eines Schalters des großen Stroms anzieht. Ein weiteres Beispiel ist der Auslöseschalter oder der Fehlerstromschutzschalter (RCCB). Dort werden die stromführenden und neutralen Drähte der Versorgung durch separate Spulen geführt, die sich den gleichen Kern teilen. Unter normalen Bedingungen ist das System ausgeglichen, da der Strom in Spannung und Neutral gleich ist. Bei einem Stromverlust im Ausgangsstromkreis ist der Strom in den beiden Spulen unterschiedlich, wodurch ein unausgeglichenes Magnetfeld im gemeinsamen Kern entsteht. So,Ein Schaltpol zieht sich zum Kern an und trennt plötzlich den Stromkreis. Darüber hinaus könnte eine Reihe anderer Beispiele wie Transformator, RF-ID-System, drahtloses Stromladeverfahren, Induktionsherde usw. angegeben werden.
Induktoren zögern auch, plötzliche Änderungen von Strömen durch sie zu bewirken. Daher würde ein Hochfrequenzsignal keinen Induktor passieren; nur langsam wechselnde Komponenten würden passieren. Dieses Phänomen wird beim Entwurf von analogen Tiefpassfilterschaltungen verwendet.
Was ist Kapazität?
Die Kapazität eines Geräts misst die Fähigkeit, eine elektrische Ladung darin zu halten. Ein Grundkondensator besteht aus zwei dünnen Filmen aus metallischem Material und einem dazwischen angeordneten dielektrischen Material. Wenn eine konstante Spannung an die beiden Metallplatten angelegt wird, werden entgegengesetzte Ladungen auf ihnen gespeichert. Diese Ladungen bleiben auch dann erhalten, wenn die Spannung entfernt wird. Wenn ferner ein Widerstand R angeordnet wird, der die zwei Platten des geladenen Kondensators verbindet, entlädt sich der Kondensator. Die Kapazität C der Vorrichtung ist definiert als das Verhältnis zwischen der Ladung (Q), die sie hält, und der angelegten Spannung v, um sie aufzuladen. Die Kapazität wird mit Farad (F) gemessen.
C = Q / v
Die zum Laden des Kondensators benötigte Zeit wird durch die in: R x C angegebene Zeitkonstante gemessen. Hier ist R der Widerstand entlang des Ladepfades. Die Zeitkonstante ist die Zeit, die der Kondensator benötigt, um 63% seiner maximalen Kapazität aufzuladen.
Eigenschaften von Kapazität und Anwendung
Kondensatoren reagieren nicht auf konstante Ströme. Beim Laden des Kondensators ändert sich der Strom durch ihn, bis er vollständig aufgeladen ist, aber danach fließt der Strom nicht durch den Kondensator. Dies liegt daran, dass die dielektrische Schicht zwischen den Metallplatten den Kondensator zu einem "Aus-Schalter" macht. Der Kondensator reagiert jedoch auf unterschiedliche Ströme. Wie bei Wechselstrom könnte die Änderung der Wechselspannung einen Kondensator weiter laden oder entladen, was ihn zu einem "Ein-Schalter" für Wechselspannungen macht. Dieser Effekt wird verwendet, um analoge Hochpassfilter zu entwerfen.
Darüber hinaus gibt es auch negative Auswirkungen auf die Kapazität. Wie bereits erwähnt, stellen die Ladungen, die Strom in Leitern führen, eine Kapazität untereinander sowie in der Nähe von Objekten her. Dieser Effekt wird als Streukapazität bezeichnet. In Stromübertragungsleitungen kann die Streukapazität zwischen jeder Leitung sowie zwischen den Leitungen und der Erde, tragenden Strukturen usw. auftreten. Aufgrund der großen von ihnen getragenen Ströme beeinflusst dieser Streueffekt die Leistungsverluste in Stromübertragungsleitungen erheblich.
Abbildung 02: Parallelplattenkondensator
Was ist der Unterschied zwischen Induktivität und Kapazität?
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Induktivität gegen Kapazität |
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| Die Induktivität ist eine Eigenschaft stromführender Leiter, die ein Magnetfeld um den Leiter herum erzeugt. | Die Kapazität ist die Fähigkeit eines Geräts, elektrische Ladungen zu speichern. |
| Messung | |
| Die Induktivität wird von Henry (H) gemessen und als L symbolisiert. | Die Kapazität wird in Farad (F) gemessen und als C symbolisiert. |
| Geräte | |
| Die mit der Induktivität verbundene elektrische Komponente ist als Induktivitäten bekannt, die normalerweise mit einem Kern oder ohne Kern gewickelt werden. | Die Kapazität ist mit Kondensatoren verbunden. Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, die in Schaltungen verwendet werden. |
| Verhalten bei Spannungsänderung | |
| Induktivitäten reagieren auf sich langsam ändernde Spannungen. Hochfrequente Wechselspannungen können keine Induktivitäten passieren. | Niederfrequente Wechselspannungen können keine Kondensatoren passieren, da sie als Barriere für niedrige Frequenzen wirken. |
| Als Filter verwenden | |
| Die Induktivität ist die dominierende Komponente in Tiefpassfiltern. | Die Kapazität ist die dominierende Komponente in Hochpassfiltern. |
Zusammenfassung - Induktivität vs. Kapazität
Induktivität und Kapazität sind unabhängige Eigenschaften zweier verschiedener elektrischer Komponenten. Während die Induktivität eine Eigenschaft eines stromführenden Leiters ist, ein Magnetfeld aufzubauen, ist die Kapazität ein Maß für die Fähigkeit einer Vorrichtung, elektrische Ladungen zu halten. Beide Eigenschaften werden in verschiedenen Anwendungen als Basis verwendet. Diese werden jedoch auch hinsichtlich der Leistungsverluste zum Nachteil. Die Reaktion von Induktivität und Kapazität auf unterschiedliche Ströme zeigt ein entgegengesetztes Verhalten an. Im Gegensatz zu Induktivitäten, die langsam wechselnde Wechselspannungen durchlassen, blockieren Kondensatoren langsame Frequenzspannungen, die durch sie hindurchgehen. Dies ist der Unterschied zwischen Induktivität und Kapazität.
