Kapacitás és induktivitás elektromos áramkörökben

Az elektromos áramkörök szempontjából a kapacitás és az induktivitás nagyon fontosak, ugyanolyan fontosak, mint az ellenállás. De ha aktív ellenállásról beszélünk, akkor egyszerűen az elektromos energia hővé való visszafordíthatatlan átalakulását értjük, akkor az induktivitás és a kapacitás az elektromos energia felhalmozódási és átalakítási folyamataihoz kapcsolódnak, ezért számos hasznos gyakorlati lehetőséget nyitnak meg az elektrotechnika számára.

Amikor áram folyik át az áramkörön, a töltött részecskék a magasabb elektromos potenciállal rendelkező helyről egy alacsonyabb potenciálú helyre mozognak.

Tegyük fel, hogy az áram aktív ellenálláson, például egy lámpa wolframszálán folyik keresztül. Mivel a töltött részecskék közvetlenül a volfrámon keresztül mozognak, ennek az áramnak az energiája folyamatosan disszipálódik az áramhordozók és a fém kristályrácsának csomópontjainak gyakori ütközése miatt.

Itt egy analógia vonható.A szikla egy erdős hegy tetején feküdt (nagy potenciállal rendelkező ponton), de aztán leszorították a csúcsról, és az erdőn át, bokrokon keresztül az alföldre gördültek (alacsonyabb potenciálra) (ellenállás), stb.

A növényekkel való ütközés során a kő szisztematikusan veszít energiájából, a velük való ütközés pillanatában átadja azt a bokroknak, fáknak (hasonló módon a hő aktív ellenállással távozik), ezért sebessége (áramértéke) korlátozott, és ott egyszerűen nincs idő rendesen felgyorsulni.

Hasonlatunk szerint a kő egy elektromos áram, amely töltött részecskéket mozgat, az útjába kerülő növények pedig egy vezető aktív ellenállása; magasságkülönbség – az elektromos potenciálok különbsége.

Kapacitás

A kapacitás, az aktív ellenállástól eltérően, az áramkör azon képességét jellemzi, hogy statikus elektromos mező formájában elektromos energiát halmozzon fel.

Az egyenáram nem folyhat tovább, mint korábban, egy kapacitású áramkörön, amíg a kapacitás teljesen meg nem telik. A töltéshordozók csak akkor tudnak tovább haladni, ha a kapacitáskülönbség és az áramkör aktív ellenállása határozza meg a korábbi sebességüket.

A vizuális hidraulikus analógia jobb megértéshez. A vízcsap csatlakoztatva van a vízellátáshoz (áramforrás), a csapot kinyitják, és a víz bizonyos nyomással kifolyik és a földre esik. Itt nincs többletkapacitás, a vízhozam (aktuális érték) állandó és nincs ok a víz lassítására, azaz áramlási sebességének csökkentésére.

De mi van, ha egy széles hordót közvetlenül a csap alá helyez (hasonlatunk szerint kondenzátort, kondenzátort ad hozzá az áramkörhöz), szélessége sokkal nagyobb, mint a vízsugár átmérője.

Most a hordó meg van töltve (a tartály fel van töltve, a töltés felhalmozódik a kondenzátor lapjain, a lemezek között erősödik az elektromos tér), de a víz nem esik a földbe. Amikor a hordó színültig meg van töltve vízzel (a kondenzátor fel van töltve), csak akkor kezd el a víz azonos áramlási sebességgel folyni a hordó végein keresztül a talaj felé. Ez a kondenzátor vagy kondenzátor szerepe.

A hordó tetszés szerint megdönthető, rövid időre többszörös nyomást keltve, mint a csapból önmagában (gyorsan leereszteni a kondenzátort), de a csapból kivett víz mennyisége nem növekszik.

A hordó felemelésével, majd megfordításával (a kondenzátor hosszan tartó töltése és gyors kisütése) megváltoztathatjuk a vízfogyasztás módját (villamos töltés, elektromos energia). Mivel a hordó lassan megtelik vízzel, és egy idő után eléri a szélét, azt mondják, hogy amikor a tartály meg van töltve, az áram vezeti a feszültséget (hasonlatunk szerint a feszültség az a magasság, amelyen a csap széle kifolyó található).

Induktivitás

Az induktivitás, ellentétben a kapacitással, az elektromos energiát nem statikus, hanem kinetikus formában tárolja.

Amikor az áram átfolyik az induktor tekercsén, a benne lévő töltés nem halmozódik fel, mint a kondenzátorban, tovább mozog az áramkör mentén, de a tekercs körül megerősödik az áramhoz kapcsolódó mágneses tér, melynek indukciója az áram nagyságával arányos.

Amikor a tekercsre elektromos feszültséget kapcsolunk, a tekercsben az áram lassan felépül, a mágneses tér nem azonnal, hanem fokozatosan tárolja az energiát, és ez a folyamat megakadályozza a töltéshordozók felgyorsulását. Ezért az induktivitásban az áramról azt mondják, hogy elmarad a feszültségtől. Végül azonban az áram eléri azt az értéket, hogy csak annak az áramkörnek az aktív ellenállása korlátozza, amelybe ez a tekercs van csatlakoztatva.

Ha egy egyenáramú tekercset valamikor hirtelen lekapcsolnak az áramkörről, az áram nem tud azonnal leállni, hanem gyorsan lelassul, és potenciálkülönbség jelenik meg a tekercs kapcsai között, minél gyorsabban, annál gyorsabban leállítja az áramot, vagyis ennek az áramnak a mágneses tere gyorsabban eltűnik...

Itt egy hidraulikai analógia megfelelő. Képzeljen el egy vízcsapot, amelynek a kifolyócsőjén egy rendkívül rugalmas és puha gumiból készült golyó.

A labda alján egy cső található, amely korlátozza a víz nyomását a labdától a talajig. Ha a vízcsap nyitva van, akkor a labda elég erősen felfújódik, és a víz vékony sugárban, de nagy sebességgel a csövön keresztül zúdul fröccsenve a földbe.

A vízfogyasztás változatlan. Az áram nagy induktivitáson folyik keresztül, miközben a mágneses térben nagy az energiatartalék (a léggömb fel van fújva vízzel). Amikor a víz éppen elkezd folyni a csapból, a golyó felfújódik, ehhez hasonlóan az induktivitás energiát tárol a mágneses mezőben, amikor az áramerősödés elkezdődik.

Ha most elzárjuk a csapból a labdát, onnan kapcsoljuk be, ahol a csaphoz volt kötve, és megfordítjuk, akkor a víz a csőből jóval magasabb magasságot érhet el, mint a csap magassága, mert a felfújt golyóban lévő víz nyomás alatt van.Az induktorokat ugyanúgy használják a boost impulzus átalakítókban.