Hauptunterschied – Induktivität vs. Kapazität
Induktivität und Kapazität sind zwei der Haupteigenschaften von RLC-Sch altungen. Induktoren 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 Induktivität eine Eigenschaft eines stromführenden Leiters ist, der ein Magnetfeld um den Leiter herum erzeugt, während Kapazität eine Eigenschaft eines Geräts zum H alten und Speichern elektrischer Ladungen ist.
Was ist Induktivität?
Induktivität ist die „Eigenschaft eines elektrischen Leiters, durch die eine Stromänderung eine elektromotorische Kraft im Leiter selbst induziert“. Wenn ein Kupferdraht um einen Eisenkern gewickelt wird und die beiden Enden der Spule auf Batterieklemmen platziert werden, wird die Spulenanordnung zu einem Magneten. Dieses Phänomen tritt aufgrund der Eigenschaft der Induktivität auf.
Induktivitätstheorien
Es gibt mehrere Theorien, die das Verh alten und die Eigenschaften der Induktivität eines stromdurchflossenen Leiters beschreiben. Eine vom Physiker Hans Christian Ørsted erfundene Theorie besagt, dass ein Magnetfeld B um den Leiter erzeugt wird, wenn ein konstanter Strom I durch ihn fließt. Wenn sich der Strom ändert, ändert sich auch das Magnetfeld. Das Gesetz von Ørsted gilt als die erste Entdeckung der Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Wenn der Strom vom Beobachter weg fließt, ist die Richtung des Magnetfelds im Uhrzeigersinn.
Abbildung 01: Gesetz von Oersted
Nach dem Faradayschen Induktionsgesetz induziert ein sich änderndes Magnetfeld eine elektromotorische Kraft (EMF) in nahegelegenen Leitern. Diese Änderung des Magnetfelds ist relativ zum Leiter, d. h. entweder das Feld kann variieren oder der Leiter kann sich durch ein stationäres Feld bewegen. Dies ist die grundlegendste Grundlage elektrischer Generatoren.
Die dritte Theorie ist das Lenzsche Gesetz, das besagt, dass die erzeugte EMF im Leiter der Änderung des Magnetfelds entgegenwirkt. Wenn beispielsweise ein leitender Draht in ein Magnetfeld gebracht und das Feld reduziert wird, wird im Leiter gemäß dem Faradayschen Gesetz eine EMF in einer Richtung induziert, in der der induzierte Strom das reduzierte Magnetfeld wiederherstellt. Wenn sich die Änderung des externen Magnetfelds d φ aufbaut, wird die EMF (ε) in die entgegengesetzte Richtung induziert. Diese Theorien wurden auf viele Geräte geschliffen. Diese EMF-Induktion im Leiter selbst wird als Selbstinduktion der Spule bezeichnet, und die Änderung des Stroms in einer Spule könnte auch einen Strom in einem anderen nahegelegenen Leiter induzieren. Dies wird als Gegeninduktivität bezeichnet.
ε=-dφ/dt
Hier zeigt das negative Vorzeichen den Widerstand des EMG gegen die Änderung des Magnetfeldes an.
Einheiten der Induktivität und Anwendung
Induktivität wird in Henry (H) gemessen, der SI-Einheit, benannt nach Joseph Henry, der die Induktion unabhängig entdeckte. Die Induktivität wird in elektrischen Sch altkreisen als „L“nach dem Namen Lenz bezeichnet.
Von der klassischen elektrischen Klingel bis hin zu modernen drahtlosen Energieübertragungstechniken war Induktion das Grundprinzip vieler Innovationen. Wie am Anfang dieses Artikels erwähnt, wird die Magnetisierung einer Kupferspule für elektrische Klingeln und Relais verwendet. Ein Relais wird verwendet, um große Ströme unter Verwendung eines sehr kleinen Stroms zu sch alten, der eine Spule magnetisiert, die einen Pol eines Sch alters des großen Stroms anzieht. Ein weiteres Beispiel ist der Auslösesch alter oder der Fehlerstromschutzsch alter (RCCB). Dort werden die stromführenden und neutralen Drähte der Versorgung durch separate Spulen geführt, die denselben Kern teilen. Unter normalen Bedingungen ist das System ausgeglichen, da der Strom unter Spannung und im Neutralleiter gleich ist. Bei einem Leckstrom im Hauptstromkreis ist der Strom in den beiden Spulen unterschiedlich, wodurch ein unausgeglichenes Magnetfeld im gemeinsamen Kern entsteht. Somit zieht ein Sch alterpol den Kern an und trennt plötzlich den Stromkreis. Darüber hinaus könnten eine Reihe anderer Beispiele wie Transformator, RF-ID-System, kabelloses Power-Ladeverfahren, Induktionsherde usw. genannt werden.
Induktoren widerstehen auch plötzlichen Stromänderungen durch sie. Daher würde ein Hochfrequenzsignal nicht durch einen Induktor hindurchgehen; nur langsam wechselnde Komponenten würden passieren. Dieses Phänomen wird beim Entwerfen analoger Tiefpassfiltersch altungen verwendet.
Was ist Kapazität?
Die Kapazität eines Geräts misst die Fähigkeit, eine elektrische Ladung darin zu h alten. Ein Basiskondensator 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 auf ihnen entgegengesetzte Ladungen gespeichert. Diese Ladungen bleiben auch dann bestehen, wenn die Spannung entfernt wird. Wenn der Widerstand R so angeordnet wird, dass er die beiden Platten des geladenen Kondensators verbindet, entlädt sich der Kondensator. Die Kapazität C des Geräts ist definiert als das Verhältnis zwischen der Ladung (Q), die es hält, und der angelegten Spannung v, um es aufzuladen. Die Kapazität wird in Farad (F) gemessen.
C=Q/v
Die Zeit, die zum Laden des Kondensators benötigt wird, wird durch die Zeitkonstante gemessen in: R x C. Hier ist R der Widerstand entlang des Ladepfads. Die Zeitkonstante ist die Zeit, die der Kondensator benötigt, um 63 % seiner maximalen Kapazität aufzuladen.
Eigenschaften von Kapazität und Anwendung
Kondensatoren reagieren nicht auf Konstantströme. Beim Laden des Kondensators variiert der Strom durch ihn, bis er vollständig aufgeladen ist, aber danach fließt der Strom nicht mehr entlang des Kondensators. Dies liegt daran, dass die dielektrische Schicht zwischen den Metallplatten den Kondensator zu einem „Aussch alter“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-Sch alter“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, erzeugen die stromführenden Ladungen in Leitern Kapazitäten untereinander sowie zu nahegelegenen Objekten. Dieser Effekt wird Streukapazität genannt. In Stromübertragungsleitungen kann die Streukapazität zwischen jeder Leitung sowie zwischen den Leitungen und der Erde, tragenden Strukturen usw. auftreten. Aufgrund der großen Ströme, die von ihnen getragen werden, beeinflusst dieser Streueffekt die Leistungsverluste in Stromübertragungsleitungen erheblich.
Abbildung 02: Plattenkondensator
Was ist der Unterschied zwischen Induktivität und Kapazität?
Induktivität vs. Kapazität |
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| Induktivität ist eine Eigenschaft von stromführenden Leitern, die ein Magnetfeld um den Leiter herum erzeugt. | Kapazität ist die Fähigkeit eines Geräts, elektrische Ladungen zu speichern. |
| Messung | |
| Induktivität wird von Henry (H) gemessen und als L symbolisiert. | Kapazität wird in Farad (F) gemessen und als C symbolisiert. |
| Geräte | |
| Die mit der Induktivität verbundene elektrische Komponente ist als Induktivität bekannt, die sich normalerweise mit oder ohne Kern wickelt. | Kapazität ist mit Kondensatoren verbunden. Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, die in Sch altkreisen verwendet werden. |
| Verh alten bei Spannungsänderung | |
| Induktivitäten reagieren auf sich langsam ändernde Spannungen. Hochfrequente Wechselspannungen können Induktivitäten nicht passieren. | Niederfrequente Wechselspannungen können Kondensatoren nicht passieren, da sie als Barriere für niedrige Frequenzen wirken. |
| Als Filter verwenden | |
| Induktivität ist die dominierende Komponente in Tiefpassfiltern. | 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 eines Geräts, elektrische Ladungen zu h alten. Diese beiden Eigenschaften werden in verschiedenen Anwendungen als Grundlage verwendet. Allerdings werden diese auch hinsichtlich der Verlustleistung zum Nachteil. Die Reaktion von Induktivität und Kapazität auf unterschiedliche Ströme zeigen ein entgegengesetztes Verh alten. Im Gegensatz zu Induktivitäten, die sich langsam ändernde Wechselspannungen durchlassen, blockieren Kondensatoren Spannungen mit langsamer Frequenz, die durch sie hindurchgehen. Dies ist der Unterschied zwischen Induktivität und Kapazität.
