تفاوت کلیدی - اندوکتانس در مقابل ظرفیت
اندوکتانس و خازن دو ویژگی اصلی مدارهای RLC هستند. سلف ها و خازن ها که به ترتیب با اندوکتانس و خازن مرتبط هستند، معمولاً در ژنراتورهای شکل موج و فیلترهای آنالوگ استفاده می شوند. تفاوت اصلی بین اندوکتانس و خازن در این است که اندوکتانس ویژگی یک هادی حامل جریان است که میدان مغناطیسی را در اطراف هادی ایجاد می کند در حالی که خازن ویژگی دستگاهی برای نگهداری و ذخیره بارهای الکتریکی است.
اندوکتانس چیست؟
القاء "ویژگی یک رسانای الکتریکی است که به وسیله آن تغییر در جریان از طریق آن باعث ایجاد نیروی حرکتی الکتریکی در خود رسانا می شود".هنگامی که یک سیم مسی به دور یک هسته آهنی پیچیده می شود و دو لبه سیم پیچ روی پایانه های باتری قرار می گیرند، مجموعه سیم پیچ تبدیل به آهنربا می شود. این پدیده به دلیل خاصیت اندوکتانس رخ می دهد.
نظریه های اندوکتانس
تئوری های متعددی وجود دارد که رفتار و خواص اندوکتانس یک هادی حامل جریان را توصیف می کند. یک نظریه ابداع شده توسط فیزیکدان، هانس کریستین اورستد، بیان می کند که یک میدان مغناطیسی B، در اطراف هادی زمانی ایجاد می شود که یک جریان ثابت، I، از آن عبور کند. با تغییر جریان، میدان مغناطیسی نیز تغییر می کند. قانون اورستد را اولین کشف رابطه بین الکتریسیته و مغناطیس می دانند. وقتی جریان از ناظر دور می‌شود، جهت میدان مغناطیسی در جهت عقربه‌های ساعت است.
شکل 01: قانون اورستد
طبق قانون القایی فارادی، یک میدان مغناطیسی در حال تغییر، نیروی محرکه الکتریکی (EMF) را در هادی های مجاور القا می کند. این تغییر میدان مغناطیسی نسبت به هادی است، یعنی یا میدان می تواند تغییر کند یا هادی می تواند در یک میدان ثابت حرکت کند. این اساسی ترین پایه ژنراتورهای الکتریکی است.
نظریه سوم قانون لنز است که بیان می کند EMF تولید شده در هادی با تغییر میدان مغناطیسی مخالف است. به عنوان مثال، اگر یک سیم رسانا در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد و اگر میدان کاهش یابد، طبق قانون فارادی یک EMF در رسانا القا می‌شود در جهتی که جریان القایی میدان مغناطیسی کاهش‌یافته را بازسازی می‌کند.اگر تغییر میدان مغناطیسی خارجی d φ در حال ایجاد باشد، EMF (ε) در جهت مخالف القا می‌شود. این تئوری ها برای بسیاری از دستگاه ها مطرح شده است. این القای EMF در خود رسانا، خود القایی سیم پیچ نامیده می شود و تغییر جریان در یک سیم پیچ می تواند باعث القای جریان در هادی دیگر مجاور نیز شود. این به عنوان اندوکتانس متقابل نامیده می شود.
ε=-dφ/dt
در اینجا، علامت منفی نشان دهنده مخالفت EMG با تغییر میدان مغناطیسی است.
واحد اندوکتانس و کاربرد
اندوکتانسدر هنری (H) اندازه گیری می شود، واحد SI به نام جوزف هنری که به طور مستقل القاء را کشف کرد. اندوکتانس در مدارهای الکتریکی پس از نام Lenz به عنوان "L" ذکر شده است.
از زنگ الکتریکی کلاسیک گرفته تا تکنیک‌های مدرن انتقال برق بی‌سیم، القایی اصل اساسی در بسیاری از نوآوری‌ها بوده است. همانطور که در ابتدای این مقاله ذکر شد، مغناطش سیم پیچ مسی برای زنگ ها و رله های الکتریکی استفاده می شود.یک رله برای سوئیچ کردن جریان های بزرگ با استفاده از یک جریان بسیار کوچک استفاده می شود که یک سیم پیچ را مغناطیسی می کند که قطب یک سوئیچ جریان بزرگ را جذب می کند. مثال دیگر کلید تریپ یا قطع کننده مدار جریان باقیمانده (RCCB) است. در آنجا، سیم‌های زنده و خنثی منبع تغذیه از طریق سیم‌پیچ‌های جداگانه‌ای که هسته یکسانی دارند عبور می‌کنند. در شرایط عادی، سیستم متعادل است زیرا جریان در حالت زنده و خنثی یکسان است. در نشتی جریان در مدار خانه، جریان در دو سیم پیچ متفاوت خواهد بود و باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی نامتعادل در هسته مشترک می شود. بنابراین، یک قطب سوئیچ به سمت هسته جذب می شود و به طور ناگهانی مدار را قطع می کند. علاوه بر این، تعدادی مثال دیگر مانند ترانسفورماتور، سیستم RF-ID، روش شارژ برق بی سیم، اجاق القایی و غیره می تواند ارائه شود.
سلف ها نیز تمایلی به تغییرات ناگهانی جریان از طریق آنها ندارند. بنابراین، یک سیگنال با فرکانس بالا از یک سلف عبور نمی کند. فقط اجزای به آرامی تغییر می کنند. این پدیده در طراحی مدارهای فیلتر آنالوگ پایین گذر استفاده می شود.
خازن چیست؟
ظرفیت یک دستگاه توانایی نگه داشتن بار الکتریکی را در آن اندازه گیری می کند. یک خازن اصلی از دو لایه نازک از مواد فلزی و یک ماده دی الکتریک که در بین آنها قرار گرفته است تشکیل شده است. هنگامی که یک ولتاژ ثابت به دو صفحه فلزی اعمال می شود، بارهای مخالف روی آنها ذخیره می شود. این شارژها حتی در صورت حذف ولتاژ باقی خواهند ماند. علاوه بر این، هنگامی که مقاومت R برای اتصال دو صفحه خازن شارژ شده قرار می گیرد، خازن تخلیه می شود. ظرفیت C دستگاه به عنوان نسبت بین شارژ (Q) که نگه می دارد و ولتاژ اعمال شده v برای شارژ آن تعریف می شود. ظرفیت با فاراد (F) اندازه گیری می شود.
C=Q/v
زمان صرف شده برای شارژ خازن با ثابت زمانی محاسبه می شود: R x C. در اینجا، R مقاومت در طول مسیر شارژ است. ثابت زمانی مدت زمانی است که خازن برای شارژ 63 درصد از حداکثر ظرفیت خود صرف می کند.
خواص ظرفیت و کاربرد
خازن ها به جریان های ثابت پاسخ نمی دهند. در هنگام شارژ شدن خازن، جریان عبوری از آن تا زمانی که به طور کامل شارژ شود تغییر می کند، اما پس از آن، جریان از امتداد خازن عبور نمی کند. این به این دلیل است که لایه دی الکتریک بین صفحات فلزی خازن را به یک "سوئیچ خاموش" تبدیل می کند. با این حال، خازن به جریان های مختلف پاسخ می دهد. مانند جریان متناوب، تغییر ولتاژ AC می تواند خازن را شارژ یا تخلیه کند و آن را به یک کلید روشن برای ولتاژهای متناوب تبدیل کند. این افکت برای طراحی فیلترهای آنالوگ بالا گذر استفاده می شود.
علاوه بر این، در ظرفیت خازن نیز اثرات منفی وجود دارد. همانطور که قبلاً ذکر شد، بارهای حامل جریان در هادی ها بین یکدیگر و همچنین اجسام مجاور خازن ایجاد می کنند. این اثر به عنوان ظرفیت سرگردان نامیده می شود. در خطوط انتقال نیرو، خازن سرگردان می تواند بین هر خط و همچنین بین خطوط و زمین، سازه های نگهدارنده و غیره رخ دهد.
شکل 02: خازن صفحه موازی
تفاوت بین اندوکتانس و ظرفیت چیست؟
القاء در مقابل ظرفیت |
|
| القایی خاصیت هادی های حامل جریان است که میدان مغناطیسی در اطراف هادی ایجاد می کند. | خازن توانایی دستگاه برای ذخیره بارهای الکتریکی است. |
| اندازه گیری | |
| اندوکتانس با هانری (H) اندازه گیری می شود و به صورت L. نشان داده می شود. | ظرفیت با فاراد (F) اندازه گیری می شود و به صورت C نشان داده می شود. |
| دستگاهها | |
| جزء الکتریکی مرتبط با اندوکتانس به عنوان سلف شناخته می شود، که معمولاً با یک هسته یا بدون هسته سیم پیچ می شود. | خازن با خازن ها مرتبط است. انواع مختلفی از خازن ها در مدارها استفاده می شود. |
| رفتار در مورد تغییر ولتاژ | |
| سلفها به ولتاژهای تغییر کند پاسخ می دهند. ولتاژهای متناوب فرکانس بالا نمی توانند از سلف عبور کنند. | ولتاژهای متناوب فرکانس پایین نمی توانند از خازن ها عبور کنند، زیرا به عنوان مانعی در برابر فرکانس های پایین عمل می کنند. |
| استفاده به عنوان فیلتر | |
| القاء جزء غالب در فیلترهای پایین گذر است. | خازن جزء غالب در فیلترهای بالاگذر است. |
خلاصه - اندوکتانس در مقابل ظرفیت
القاء و خازن خواص مستقل دو جزء الکتریکی مختلف هستند. در حالی که اندوکتانس خاصیت یک هادی حامل جریان برای ایجاد میدان مغناطیسی است، ظرفیت خازنی معیاری از توانایی یک دستگاه برای نگهداری بارهای الکتریکی است. هر دو این ویژگی ها در کاربردهای مختلف به عنوان پایه استفاده می شوند. با این وجود، اینها از نظر تلفات برق نیز به یک نقطه ضعف تبدیل می شوند. پاسخ اندوکتانس و ظرفیت به جریان های مختلف نشان دهنده رفتار مخالف است. برخلاف سلف هایی که ولتاژهای متناوب با تغییر آهسته را عبور می دهند، خازن ها ولتاژ فرکانس آهسته عبوری از خود را مسدود می کنند. این تفاوت بین اندوکتانس و خازن است.
