Elektrik devrelerinde kapasitans ve endüktans

Elektrik devreleri açısından kapasitans ve endüktans çok önemlidir, en az direnç kadar önemlidir. Ancak aktif direnç hakkında konuşursak, basitçe elektrik enerjisinin ısıya geri döndürülemez dönüşümünü kastediyoruz, o zaman endüktans ve kapasitans, elektrik enerjisinin biriktirilmesi ve dönüştürülmesi süreçleriyle ilgilidir, bu nedenle elektrik mühendisliği için birçok yararlı pratik fırsat açarlar.

Devreden akım geçtiğinde, yüklü parçacıklar daha yüksek elektrik potansiyeline sahip bir yerden daha düşük potansiyele sahip bir yere hareket eder.

Diyelim ki akım, bir lambanın tungsten filamanı gibi aktif bir dirençten geçiyor. Yüklü parçacıklar doğrudan tungsten boyunca hareket ettikçe, bu akımın enerjisi, akım taşıyıcılarının metalin kristal kafesinin düğümleriyle sık sık çarpışması nedeniyle sürekli olarak dağılır.

Burada bir benzetme yapılabilir.Kaya, ormanlık bir dağın tepesinde (yüksek potansiyel noktasında) yatıyordu, ancak daha sonra tepeden itildi ve ormanın içinden çalıların arasından (direnç) ovaya (daha düşük potansiyel seviyesine) yuvarlandı. vesaire.

Bitkilerle çarpışan bir taş sistematik olarak enerjisini kaybeder, onlarla çarpışma anlarında çalılara ve ağaçlara aktarır (benzer şekilde aktif dirençle ısı dağılır), bu nedenle hızı (mevcut değer) sınırlıdır ve orada düzgün bir şekilde hızlanmanın zamanı değil.

Benzetmemizde taş bir elektrik akımı, hareket eden yüklü parçacıklar ve yolu üzerindeki bitkiler bir iletkenin aktif direncidir; yükseklik farkı — elektrik potansiyellerindeki fark.

Kapasite

Kapasitans, aktif direncin aksine, devrenin elektrik enerjisini statik elektrik alanı şeklinde biriktirme yeteneğini karakterize eder.

Bir doğru akım, kapasitans tamamen dolana kadar kapasitanslı bir devreden eskisi gibi akmaya devam edemez. Sadece kapasite dolduğunda yük taşıyıcılar, devrenin potansiyel farkı ve aktif direnci tarafından belirlenen önceki hızlarında daha fazla hareket edebileceklerdir.

Görsel bir hidrolik analoji burada anlamak için daha iyidir. Su musluğu su kaynağına (güç kaynağı) bağlanır, musluk açılır ve su belli bir basınçla dışarı akar ve yere düşer. Burada ek kapasite yoktur, su akışı (mevcut değer) sabittir ve suyu yavaşlatmak, yani akış hızını azaltmak için hiçbir sebep yoktur.

Peki ya musluğun hemen altına geniş bir namlu koyarsanız (analojimizde devreye bir kondansatör, kondansatör ekleyin), genişliği su jetinin çapından çok daha büyüktür.

Şimdi namlu doldurulur (kap doldurulur, yük kapasitörün plakalarında birikir, plakalar arasındaki elektrik alanı güçlendirilir), ancak su yere düşmez. Namlu ağzına kadar suyla doldurulduğunda (kondansatör şarj edilir), ancak o zaman su aynı akış hızında namlunun uçlarından yere akmaya başlar. Bu, bir kapasitörün veya kondansatörün rolüdür.

İstenirse namlu ters çevrilebilir, kısaca tek başına musluktan çok daha fazla basınç oluşturur (kondansatörü hızlı bir şekilde boşaltın), ancak musluktan alınan su miktarı artmayacaktır.

Namluyu kaldırıp ters çevirerek (kondansatörü uzun süre şarj edip hızlı bir şekilde boşaltarak), su tüketim modunu (elektrik yükü, elektrik enerjisi) değiştirebiliriz. Namlu yavaş yavaş suyla dolduğundan ve bir süre sonra kenarına ulaşılacağından, kap dolduğunda akımın gerilime öncülük ettiği söylenir (analojimizde gerilim, musluğun kenarının olduğu yüksekliktir). musluğu bulunur).

İndüktans

Endüktans, kapasitanstan farklı olarak elektrik enerjisini statik değil kinetik formda depolar.

Akım, indüktörün bobininden aktığında, içindeki yük, kapasitörde olduğu gibi birikmez, devre boyunca hareket etmeye devam eder, ancak bobinin etrafında, indüksiyonu olan akımla ilişkili manyetik alan güçlendirilir. akımın büyüklüğü ile orantılıdır.

Bobine elektrik gerilimi uygulandığında bobindeki akım yavaş yavaş oluşur, manyetik alan enerjiyi hemen değil kademeli olarak depolar ve bu işlem yük taşıyıcıların hızlanmasını engeller. Bu nedenle, endüktansta akımın voltajın gerisinde olduğu söylenir. Ancak sonunda akım, yalnızca bu bobinin bağlı olduğu devrenin aktif direnci ile sınırlanacak bir değere ulaşır.

Bir DC bobininin bir noktada devreden aniden bağlantısı kesilirse, akım hemen duramayacak, ancak hızla yavaşlamaya başlayacak ve bobin terminallerinde bir potansiyel farkı görünecektir, akımı ne kadar hızlı durdurursa o kadar hızlı olur. yani bu akımın manyetik alanı daha hızlı kayboluyor...

Burada bir hidrolik analoji uygundur. Ağzında oldukça elastik ve yumuşak kauçuktan bir bilye bulunan bir su musluğu hayal edin.

Topun altında, topun zemine olan su basıncını sınırlayan bir boru bulunur. Su musluğu açıksa, top oldukça güçlü bir şekilde şişecek ve su ince bir akış halinde borudan akacak, ancak yüksek hızda sıçrayarak yere çarpacaktır.

Su tüketimi değişmez. Akım, büyük bir endüktanstan akarken, manyetik alandaki enerji rezervi büyüktür (balon su ile şişirilmiştir). Musluktan su yeni akmaya başladığında top şişer, benzer şekilde endüktans da akım artmaya başladığında manyetik alanda enerji depolar.

Şimdi bilyeyi musluktan kapatıp, musluğa bağlı olduğu taraftan açıp ters çevirirsek, o zaman borudan gelen su, musluğun yüksekliğinden çok daha yüksek bir yüksekliğe ulaşabilir, çünkü Şişirilmiş topun içindeki su basınç altındadır.İndüktörler aynı şekilde kullanılır boost puls dönüştürücülerde.