Capaciteit en inductantie in elektrische circuits

In termen van elektrische circuits zijn capaciteit en inductantie erg belangrijk, net zo belangrijk als weerstand. Maar als we het hebben over actieve weerstand, bedoelen we simpelweg de onomkeerbare omzetting van elektrische energie in warmte, dan zijn inductantie en capaciteit gerelateerd aan de processen van accumulatie en omzetting van elektrische energie, daarom openen ze veel nuttige praktische mogelijkheden voor elektrotechniek.

Wanneer stroom door het circuit stroomt, bewegen geladen deeltjes van een plaats met een hoger elektrisch potentieel naar een plaats met een lager potentieel.

Laten we zeggen dat de stroom door een actieve weerstand vloeit, zoals de wolfraamgloeidraad van een lamp. Terwijl de geladen deeltjes rechtstreeks door wolfraam bewegen, wordt de energie van deze stroom continu gedissipeerd vanwege de frequente botsingen van stroomdragers met de knopen van het kristalrooster van het metaal.

Hier kan een analogie worden getrokken.Het rotsblok lag op de top van een beboste berg (op een punt met een hoog potentieel), maar toen werd het van de top geduwd en het laagland in gerold (naar een niveau met een lager potentieel) door het bos, door struiken (weerstand), enz.

In botsing met planten verliest een steen systematisch zijn energie, brengt deze over op struiken en bomen op het moment dat hij ermee botst (op dezelfde manier wordt warmte afgevoerd met actieve weerstand), daarom is zijn snelheid (huidige waarde) beperkt, en daar is gewoon geen tijd om goed te accelereren.

In onze analogie is de steen een elektrische stroom, bewegende geladen deeltjes, en de planten op zijn pad zijn de actieve weerstand van een geleider; hoogteverschil - het verschil in elektrische potentialen.

Capaciteit

Capaciteit kenmerkt, in tegenstelling tot actieve weerstand, het vermogen van het circuit om elektrische energie te accumuleren in de vorm van een statisch elektrisch veld.

Een gelijkstroom kan niet zoals voorheen blijven stromen door een circuit met een capaciteit totdat die capaciteit volledig is gevuld. Pas als de capaciteit vol is, kunnen de ladingsdragers verder bewegen met hun vorige snelheid bepaald door het potentiaalverschil en de actieve weerstand van de schakeling.

Een visuele hydraulische analogie is hier beter om te begrijpen. De waterkraan wordt aangesloten op de watertoevoer (stroombron), de kraan wordt geopend en het water stroomt met een bepaalde druk naar buiten en valt op de grond. Hier is er geen extra capaciteit, de waterstroom (huidige waarde) is constant en er is geen reden om het water te vertragen, dat wil zeggen om de stroomsnelheid te verminderen.

Maar wat als je een brede ton recht onder de kraan zet (in onze analogie, voeg een condensator toe, condensator aan het circuit), de breedte is veel groter dan de diameter van de waterstraal.

Nu is het vat gevuld (de container is opgeladen, de lading hoopt zich op op de platen van de condensator, het elektrische veld tussen de platen wordt versterkt), maar het water valt niet in de grond. Wanneer het vat tot de rand is gevuld met water (de condensator is opgeladen), alleen dan begint het water met dezelfde stroomsnelheid door de uiteinden van het vat naar de grond te stromen. Dit is de rol van een condensator of condensator.

Het vat kan desgewenst worden gekanteld, waardoor kortstondig vele malen meer druk ontstaat dan uit de kraan alleen (condensor snel leeg laten lopen), maar de hoeveelheid water die uit de kraan wordt gehaald zal niet toenemen.

Door het vat op te tillen en vervolgens om te keren (de condensator gedurende lange tijd opladen en snel ontladen), kunnen we de modus van waterverbruik wijzigen (elektrische lading, elektrische energie). Omdat het vat langzaam met water wordt gevuld en de rand na enige tijd zal worden bereikt, wordt er gezegd dat wanneer de container gevuld is, de stroom voorloopt op de spanning (in onze analogie is de spanning de hoogte waarop de rand van de kraan tuit zit).

Inductie

Inductantie slaat, in tegenstelling tot capaciteit, elektrische energie niet op in statische maar in kinetische vorm.

Wanneer de stroom door de spoel van de inductor stroomt, accumuleert de lading daarin niet zoals in de condensator, deze blijft langs het circuit bewegen, maar rond de spoel wordt het magnetische veld dat bij de stroom hoort versterkt, waarvan de inductie is evenredig met de grootte van de stroom.

Wanneer een elektrische spanning op de spoel wordt gezet, bouwt de stroom in de spoel langzaam op, slaat het magnetische veld energie niet onmiddellijk op, maar geleidelijk, en dit proces voorkomt de versnelling van de ladingsdragers. Daarom wordt gezegd dat de stroom bij inductantie achterloopt op de spanning. Uiteindelijk bereikt de stroom echter een zodanige waarde dat deze alleen wordt begrensd door de actieve weerstand van het circuit waarin deze spoel is aangesloten.

Als een DC-spoel op een gegeven moment plotseling wordt losgekoppeld van het circuit, zal de stroom niet onmiddellijk kunnen stoppen, maar zal deze snel beginnen te vertragen en zal er een potentiaalverschil verschijnen over de spoelaansluitingen, hoe sneller hoe sneller de stroom stopt, dat wil zeggen, het magnetische veld van deze stroom verdwijnt sneller...

Een hydraulische analogie is hier op zijn plaats. Stel je een waterkraan voor met een bal van zeer elastisch en zacht rubber op de tuit.

Aan de onderkant van de bal zit een buis die de waterdruk van de bal naar de grond beperkt. Als de waterkraan open staat, zal de bal behoorlijk sterk opblazen en zal het water in een dunne stroom door de buis stromen, maar met hoge snelheid zal het met spatten in de grond vallen.

Het waterverbruik is ongewijzigd. De stroom vloeit door een grote inductantie, terwijl de energiereserve in het magnetische veld groot is (de ballon wordt opgeblazen met water). Wanneer het water net uit de kraan begint te stromen, wordt de bal opgeblazen, op dezelfde manier slaat inductantie energie op in het magnetische veld wanneer de stroom begint toe te nemen.

Als we nu de bol van de kraan dichtdraaien, hem aanzetten vanaf de kant waar hij op de kraan was aangesloten, en hem omdraaien, dan kan het water uit de pijp een veel hogere hoogte bereiken dan de hoogte van de kraan, want het water in de opgeblazen bal staat onder druk.Inductoren worden op dezelfde manier gebruikt in boost-pulsomvormers.