Verschil tussen Inductantie en Capaciteit
Share
Sleutelverschil - Inductie versus capaciteit
Inductantie en capaciteit zijn twee van de primaire eigenschappen van RLC-circuits. Inductoren en condensatoren, die respectievelijk zijn gekoppeld aan inductantie en capaciteit, worden vaak gebruikt in golfvormgeneratoren en analoge filters. Het belangrijkste verschil tussen inductantie en capaciteit is dat inductie is een eigenschap van een stroomvoerende geleider die een magnetisch veld rond de geleider genereert terwijl capaciteit is een eigenschap van een apparaat om elektrische ladingen vast te houden en op te slaan.
INHOUD
1. Overzicht en belangrijkste verschil
2. Wat is inductie
3. Wat is capaciteit
4. Vergelijking zij aan zij - Inductantie versus capaciteit
5. Samenvatting
Wat is inductie?
Inductantie is de "eigenschap van een elektrische geleider waardoor een stroomverandering er doorheen een elektromotorische kracht in de geleider zelf induceert". Wanneer een koperdraad om een ijzeren kern wordt gewikkeld en de twee randen van de spoel op accuklemmen worden geplaatst, wordt het spoelsamenstel een magneet. Dit fenomeen treedt op vanwege de eigenschap van inductantie.
Theories of Inductance
Er zijn verschillende theorieën die het gedrag en de eigenschappen van de inductantie van een stroomvoerende geleider beschrijven. Eén theorie, uitgevonden door de fysicus, Hans Christian Ørsted, stelt dat een magnetisch veld, B, rond de geleider wordt gegenereerd wanneer een constante stroom, I, erdoorheen gaat. Naarmate de stroom verandert, verandert ook het magnetisch veld. De wet van Ørsted wordt beschouwd als de eerste ontdekking van de relatie tussen elektriciteit en magnetisme. Wanneer de stroom wegvloeit van de waarnemer, is de richting van het magnetische veld met de klok mee.
Figuur 01: De wet van Oersted
Volgens De wet van inductie van Faraday, een veranderend magnetisch veld induceert een elektromotorische kracht (EMF) in nabijgelegen geleiders. Deze verandering van het magnetisch veld is relatief ten opzichte van de geleider, dat wil zeggen dat ofwel het veld kan variëren of de geleider door een stabiel veld kan bewegen. Dit is de meest fundamentele basis van elektrische generatoren.
De derde theorie is De wet van Lenz, waarin staat dat de gegenereerde EMF in de geleider de verandering van het magnetisch veld tegenwerkt. Als bijvoorbeeld een geleidende draad in een magnetisch veld wordt geplaatst en als het veld wordt verkleind, zal een EMF in de geleider worden geïnduceerd volgens de wet van Faraday in een richting waarin de geïnduceerde stroom het gereduceerde magnetische veld zal reconstrueren. Als de verandering van het externe magnetische veld dφ is bouwen, de EMF (ε) zal induceren in de tegenovergestelde richting. Deze theorieën zijn op veel apparaten gebaseerd. Deze EMF-inductie in de geleider zelf wordt zelfinductie van de spoel genoemd en de variatie van stroom in een spoel kan ook een stroom in een andere nabijgelegen geleider induceren. Dit wordt wederzijdse inductantie genoemd.
ε = -dφ / dt
Hier geeft het negatieve teken de oppositie van de EMG aan voor de verandering van het magnetisch veld.
Eenheden van inductantie en toepassing
Inductantie wordt gemeten in Henry (H), de SI-eenheid genoemd naar Joseph Henry die de inductie onafhankelijk ontdekte. Inductantie wordt genoteerd als 'L' in elektrische circuits na de naam Lenz.
Van de klassieke elektrische bel tot de moderne draadloze technieken voor krachtoverbrenging, inductie was het basisprincipe in veel innovaties. Zoals vermeld in het begin van dit artikel, wordt de magnetisatie van een koperen spoel gebruikt voor elektrische bellen en relais. Een relais wordt gebruikt om grote stromen te schakelen met behulp van een zeer kleine stroom die een spoel magnetiseert die een pool van een schakelaar van de grote stroom trekt. Een ander voorbeeld is de uitschakelschakelaar of de aardlekschakelaar (RCCB). Daar worden de stroomvoerende en neutrale draden van de voeding door afzonderlijke spoelen gevoerd die dezelfde kern delen. In een normale toestand is het systeem gebalanceerd, omdat de stroom in leven en neutraal hetzelfde is. Bij een huidige lekkage in het thuiscircuit, zal de stroom in de twee spoelen verschillen, waardoor er een ongebalanceerd magnetisch veld in de gedeelde kern ontstaat. Zo trekt een schakelpaal tot aan de kern, waardoor het circuit plotseling wordt ontkoppeld. Bovendien kunnen een aantal andere voorbeelden zoals transformator, RF-ID-systeem, methode voor het opladen van draadloze energie, inductiekookplaten enz. Worden gegeven.
Inductoren staan ook terughoudend tegenover plotselinge veranderingen van stromen door hen heen. Daarom zou een hoogfrequent signaal niet door een inductor gaan; alleen langzaam veranderende componenten zouden passeren. Dit verschijnsel wordt gebruikt bij het ontwerpen van laagdoorlaat-analoge filtercircuits.
Wat is capaciteit?
De capaciteit van een apparaat meet het vermogen om een elektrische lading erin te houden. Een basiscondensator bestaat uit twee dunne films van metaalachtig materiaal en een diëlektrisch materiaal ertussenin. Wanneer een constante spanning op de twee metalen platen wordt toegepast, worden er tegenovergestelde ladingen op opgeslagen. Deze ladingen blijven behouden, zelfs als de spanning is verwijderd. Bovendien, wanneer weerstand R wordt geplaatst die de twee platen van de geladen condensator verbindt, ontlaadt de condensator. De capaciteit C van het apparaat wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de lading (Q) het houdt en de toegepaste spanning, v, om het op te laden. De capaciteit wordt gemeten door Farads (F).
C = Q / v
De tijd die nodig is om de condensator op te laden, wordt gemeten aan de hand van de tijdconstante in: R x C. Hier is R de weerstand langs het oplaadpad. Tijdconstante is de tijd die de condensator nodig heeft om 63% van zijn maximale capaciteit op te laden.
Eigenschappen van capaciteit en toepassing
Condensatoren reageren niet op constante stromen. Bij het laden van de condensator varieert de stroom erdoorheen totdat deze volledig is opgeladen, maar daarna passeert de stroom de condensator niet. Dit komt omdat de diëlektrische laag tussen de metalen platen de condensator een 'uit-schakelaar' maakt. De condensator reageert echter op variërende stromen. Net als wisselstroom, kan de verandering van de wisselspanning een condensator verder laden of ontladen, waardoor het een 'aan-schakelaar' voor wisselspanningen wordt. Dit effect wordt gebruikt om high-pass analoge filters te ontwerpen.
Verder zijn er ook negatieve effecten in de capaciteit. Zoals eerder vermeld, maken de ladingen die stroom geleiden in geleiders een capaciteit tussen elkaar en nabijgelegen objecten. Dit effect wordt genoemd als strooicapaciteit. In hoogspanningslijnen zou de strooicapaciteit kunnen optreden tussen elke lijn en tussen de lijnen en de aarde, ondersteunende structuren, enz. Door de grote stromen die ze dragen, beïnvloedt dit strooigedrag aanzienlijk vermogensverlies in krachttransmissielijnen.
Figuur 02: Parallelle plaatcondensator
Wat is het verschil tussen Inductantie en Capaciteit?
Inductie versus capaciteit | |
| Inductantie is een eigenschap van stroomvoerende geleiders die een magnetisch veld rond de geleider genereren. | Capaciteit is het vermogen van een apparaat om elektrische ladingen op te slaan. |
| Meting | |
| Inductantie wordt gemeten door Henry (H) en wordt gesymboliseerd als L. | De capaciteit wordt gemeten in Farads (F) en wordt gesymboliseerd als C. |
| apparaten | |
| De elektrische component geassocieerd met inductie is bekend als inductoren, die meestal spoelen met een kern of zonder een kern. | Capaciteit is geassocieerd met condensatoren. Er zijn verschillende soorten condensatoren die in circuits worden gebruikt. |
| Gedrag bij wisselspanning | |
| Inductors reactie op langzaam veranderende spanningen. Hoogfrequente wisselspanningen kunnen geen inductoren doorlaten. | Laagfrequente wisselspanningen kunnen geen condensatoren doorlaten, aangezien ze fungeren als een barrière tegen lage frequenties. |
| Gebruik als filters | |
| Inductie is de dominerende component in laagdoorlaatfilters. | Capaciteit is de dominerende component in hoogdoorlaatfilters. |
Samenvatting - Inductie versus capaciteit
Inductantie en capaciteit zijn onafhankelijke eigenschappen van twee verschillende elektrische componenten. Hoewel de inductantie een eigenschap is van een stroomvoerende geleider om een magnetisch veld te bouwen, is de capaciteit een maat voor het vermogen van een apparaat om elektrische ladingen vast te houden. Beide eigenschappen worden in verschillende toepassingen als basis gebruikt. Niettemin worden deze ook een nadeel in termen van vermogensverliezen. De reactie van inductantie en capaciteit op variërende stromen wijzen op tegengesteld gedrag. In tegenstelling tot inductoren die langzaam veranderende wisselspanningen doorgeven, blokkeren condensatoren langzame frequentiespanningen die erdoorheen gaan. Dit is het verschil tussen inductantie en capaciteit.
Referentie:
1.Sears, F.W., & Zemansky, M.W. (1964). Universitaire natuurkunde. Chicago
2.Capacitance. (N.d.). Opgeruimd 30 mei 2017, op http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3.Elektromagnetische inductie. (2017, 3 mei). Opgehaald 30 mei 2017, van https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law
Afbeelding met dank aan:
1. "Elektromagnetisme" door gebruiker: Stannered - Afbeelding: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Parallelle plaatcondensator" Door inductiveload - eigen tekening (Public Domain) via Commons Wikimedia
