Diferència clau: inductància i capacitat
La inductància i la capacitat són dues de les propietats principals dels circuits RLC. Els inductors i els condensadors, que s'associen amb la inductància i la capacitat respectivament, s'utilitzen habitualment en generadors de formes d'ona i filtres analògics. La diferència clau entre la inductància i la capacitat és que la inductància és una propietat d'un conductor de corrent que genera un camp magnètic al voltant del conductor, mentre que la capacitat és una propietat d'un dispositiu per contenir i emmagatzemar càrregues elèctriques.
Què és la inductància?
La inductància és la "propietat d'un conductor elèctric per la qual un canvi de corrent a través d'ell indueix una força electromotriu en el propi conductor". Quan un cable de coure s'embolica al voltant d'un nucli de ferro i les dues vores de la bobina es col·loquen als terminals de la bateria, el conjunt de la bobina es converteix en un imant. Aquest fenomen es produeix a causa de la propietat de la inductància.
Teories de la inductància
Hi ha diverses teories que descriuen el comportament i les propietats de la inductància d'un conductor de corrent. Una teoria inventada pel físic, Hans Christian Ørsted, afirma que un camp magnètic, B, es genera al voltant del conductor quan un corrent constant, I, el travessa. A mesura que el corrent canvia, també ho fa el camp magnètic. La llei d'Ørsted es considera el primer descobriment de la relació entre electricitat i magnetisme. Quan el corrent s'allunya de l'observador, la direcció del camp magnètic és en sentit horari.
Figura 01: Llei d'Oersted
Segons la llei d'inducció de Faraday, un camp magnètic canviant indueix una força electromotriu (EMF) en els conductors propers. Aquest canvi del camp magnètic és relatiu al conductor, és a dir, o el camp pot variar, o el conductor pot moure's per un camp estacionari. Aquesta és la base més fonamental dels generadors elèctrics.
La tercera teoria és la llei de Lenz, que estableix que la CEM generada en el conductor s'oposa al canvi del camp magnètic. Per exemple, si es col·loca un cable conductor en un camp magnètic i si el camp es redueix, s'induirà un EMF al conductor segons la Llei de Faraday en una direcció en què el corrent induït reconstruirà el camp magnètic reduït. Si el canvi del camp magnètic extern d φ s'està construint, l'EMF (ε) induirà en la direcció oposada. Aquestes teories s'han basat en molts dispositius. Aquesta inducció EMF en el propi conductor s'anomena autoinductància de la bobina, i la variació de corrent en una bobina també podria induir un corrent en un altre conductor proper. Això s'anomena inductància mútua.
ε=-dφ/dt
Aquí, el signe negatiu indica l'oposició de l'EMG al canvi del camp magnètic.
Unitats d'inductància i aplicació
La inductància es mesura en Henry (H), la unitat SI que porta el nom de Joseph Henry que va descobrir la inducció de manera independent. La inductància s'anota com a "L" als circuits elèctrics després del nom de Lenz.
Des de la clàssica campana elèctrica fins a les modernes tècniques de transferència d'energia sense fil, la inducció ha estat el principi bàsic de moltes innovacions. Com s'ha esmentat al principi d'aquest article, la magnetització d'una bobina de coure s'utilitza per a campanes i relés elèctrics. Un relé s'utilitza per canviar corrents grans utilitzant un corrent molt petit que magnetitza una bobina que atrau un pol d'un interruptor de corrent gran. Un altre exemple és l'interruptor d'interrupció o l'interruptor diferencial (RCCB). Allà, els cables vius i neutres del subministrament es fan passar per bobines separades que comparteixen el mateix nucli. En condicions normals, el sistema està equilibrat ja que el corrent en viu i en neutre és el mateix. En una fuga de corrent al circuit domèstic, el corrent a les dues bobines serà diferent, creant un camp magnètic desequilibrat al nucli compartit. Així, un pol d'interruptor atrau al nucli, desconnectant sobtadament el circuit. A més, es podrien donar altres exemples com el transformador, el sistema RF-ID, el mètode de càrrega d'energia sense fil, les cuines d'inducció, etc.
Els inductors també són reticents als canvis sobtats de corrents que els travessen. Per tant, un senyal d' alta freqüència no passaria per un inductor; només passarien components que canviessin lentament. Aquest fenomen s'utilitza en el disseny de circuits de filtre analògic de pas baix.
Què és la capacitat?
La capacitat d'un dispositiu mesura la capacitat de contenir-hi una càrrega elèctrica. Un condensador bàsic està format per dues pel·lícules primes de material metàl·lic i un material dielèctric intercalat entre elles. Quan s'aplica una tensió constant a les dues plaques metàl·liques, s'hi emmagatzemen càrregues oposades. Aquestes càrregues es mantindran encara que s'elimini la tensió. A més, quan es col·loca la resistència R connectant les dues plaques del condensador carregat, el condensador es descarrega. La capacitat C del dispositiu es defineix com la relació entre la càrrega (Q) que conté i la tensió aplicada, v, per carregar-lo. La capacitat es mesura amb Farads (F).
C=Q/v
El temps que triga a carregar el condensador es mesura per la constant de temps donada a: R x C. Aquí, R és la resistència al llarg del camí de càrrega. La constant de temps és el temps que triga el condensador a carregar el 63% de la seva capacitat màxima.
Propietats de la capacitat i l'aplicació
Els condensadors no responen a corrents constants. A la càrrega del condensador, el corrent que el travessa varia fins que està completament carregat, però després d'això, el corrent no passa pel condensador. Això es deu al fet que la capa dielèctrica entre les plaques metàl·liques fa que el condensador sigui un "interruptor". Tanmateix, el condensador respon a corrents variables. Igual que el corrent altern, el canvi de la tensió de CA podria carregar o descarregar encara més un condensador fent-lo un "interruptor" per a tensions de CA. Aquest efecte s'utilitza per dissenyar filtres analògics de pas alt.
A més, també hi ha efectes negatius en la capacitat. Com s'ha esmentat anteriorment, les càrregues que transporten corrent en els conductors fan capacitat entre elles i també amb objectes propers. Aquest efecte s'anomena capacitat periòdica. A les línies de transmissió d'energia, la capacitat periòdica es pot produir entre cada línia, així com entre les línies i la terra, les estructures de suport, etc. A causa dels grans corrents que transporten, aquests efectes de dispersió afecten considerablement les pèrdues de potència a les línies de transmissió d'energia.
Figura 02: condensador de plaques paral·leles
Quina diferència hi ha entre la inductància i la capacitat?
Inductància vs capacitat |
|
| La inductància és una propietat dels conductors que transporten corrent que genera un camp magnètic al voltant del conductor. | La capacitat és la capacitat d'un dispositiu per emmagatzemar càrregues elèctriques. |
| Mesura | |
| La inductància es mesura per Henry (H) i es simbolitza com L. | La capacitat es mesura en Farads (F) i es simbolitza com C. |
| Dispositius | |
| El component elèctric associat a la inductància es coneix com a inductors, que normalment s'enrotllen amb un nucli o sense nucli. | La capacitat s'associa amb els condensadors. Hi ha diversos tipus de condensadors utilitzats en circuits. |
| Comportament en un canvi de voltatge | |
| Resposta dels inductors a voltatges de canvi lent. Les tensions de CA d' alta freqüència no poden passar a través dels inductors. | Les tensions de CA de baixa freqüència no poden passar a través dels condensadors, ja que actuen com una barrera a les freqüències baixes. |
| Utilitzar com a filtres | |
| La inductància és el component dominant dels filtres de pas baix. | La capacitat és el component dominant dels filtres de pas alt. |
Resum: inductància vs capacitat
La inductància i la capacitat són propietats independents de dos components elèctrics diferents. Mentre que la inductància és una propietat d'un conductor que transporta corrent per crear un camp magnètic, la capacitat és una mesura de la capacitat d'un dispositiu per contenir càrregues elèctriques. Ambdues propietats s'utilitzen com a base en diverses aplicacions. No obstant això, aquests es converteixen en un desavantatge també en termes de pèrdues de potència. La resposta de la inductància i la capacitat a corrents variables indiquen un comportament oposat. A diferència dels inductors que passen tensions de CA que canvien lentament, els condensadors bloquegen les tensions de freqüència lenta que els hi passen. Aquesta és la diferència entre la inductància i la capacitat.
