Капацитет и индуктивност в електрически вериги

По отношение на електрическите вериги, капацитетът и индуктивността са много важни, също толкова важни, колкото и съпротивлението. Но ако говорим за активно съпротивление, имаме предвид просто необратимото преобразуване на електрическата енергия в топлина, тогава индуктивността и капацитетът са свързани с процесите на натрупване и преобразуване на електрическа енергия, следователно те отварят много полезни практически възможности за електротехниката.

Когато токът преминава през веригата, заредените частици се придвижват от място с по -висок електрически потенциал към място с по -нисък потенциал.

Да речем, че токът преминава през активно съпротивление, например през волфрамовата нишка на лампата. Тъй като заредените частици се движат директно през волфрам, енергията на този ток непрекъснато се разсейва поради честите сблъсъци на токоносители с възлите на кристалната решетка на метала.

Тук може да се направи аналогия. Валунът лежеше на върха на гориста планина (в точка с висок потенциал), но след това беше изтласкан от върха и се търкулна в низината (до ниво с по -нисък потенциал) през гората, през храсти ( съпротива) и др.

Сблъсквайки се с растения, един камък систематично губи енергията си, прехвърля го към храсти и дървета в моментите на сблъсък с тях (по подобен начин топлината се разсейва при активно съпротивление), следователно скоростта му (текущата стойност) е ограничена, а просто няма време да ускори правилно.

В нашата аналогия, камъкът е електрически ток, движещи се заредени частици, а растенията по пътя му са активното съпротивление на проводник; разлика във височината — разликата в електрическите потенциали.

Капацитет

Капацитетът, за разлика от активното съпротивление, характеризира способността на веригата да акумулира електрическа енергия под формата на статично електрическо поле.

Един постоянен ток не може да продължи да тече както преди през верига с капацитет, докато този капацитет не се запълни напълно. Само когато капацитетът е пълен, носителите на заряд ще могат да се движат по -нататък с предишната си скорост, определена от потенциалната разлика и активното съпротивление на веригата.

Визуална хидравлична аналогия е по -добра за разбиране тук. Кранът за вода е свързан към водопровода (източник на захранване), кранът е отворен и водата изтича с определено налягане и пада на земята. Тук няма допълнителен капацитет, водният поток (текущата стойност) е постоянен и няма причина да се забави водата, тоест да се намали скоростта на нейния поток.

Но какво ще стане, ако поставите широка цев точно под крана (по нашата аналогия, добавете кондензатор, кондензатор към веригата), ширината му е много по -голяма от диаметъра на водната струя.

Сега цевта е напълнена (контейнерът се зарежда, зарядът се натрупва върху плочите на кондензатора, електрическото поле се усилва между плочите), но водата не попада в земята. Когато цевта се напълни до ръба с вода (кондензаторът е зареден), едва тогава водата ще започне да тече със същата скорост на потока през краищата на цевта към земята. Това е ролята на кондензатор или кондензатор.

Цевта може да се преобърне, ако желаете, като за кратко създадете многократно по -голямо налягане, отколкото само от крана (бързо източете кондензатора), но количеството вода, взето от чешмата, няма да се увеличи.

Чрез вдигане и след това преобръщане на цевта (зареждане и бързо разреждане на кондензатора за дълго време) можем да променим режима на консумация на вода (електрически заряд, електрическа енергия). Тъй като цевта се пълни бавно с вода и нейният ръб ще бъде достигнат след известно време, се казва, че когато контейнерът е зареден, токът води напрежението (по нашата аналогия напрежението е височината, на която ръбът на крана чучура се намира).

Индуктивност

Индуктивността, за разлика от капацитета, съхранява електрическата енергия не в статична, а в кинетична форма.

Когато токът тече през бобината на индуктора, зарядът в него не се натрупва като в кондензатора, той продължава да се движи по веригата, но около бобината се усилва свързаното с тока магнитно поле, чиято индукция е пропорционална на величината на тока.

Когато към бобината се приложи електрическо напрежение, токът в бобината се натрупва бавно, магнитното поле съхранява енергия не незабавно, а постепенно и този процес предотвратява ускоряването на носителите на заряд. Следователно се казва, че при индуктивност токът изостава от напрежението. В крайна сметка обаче токът достига такава стойност, че се ограничава само от активното съпротивление на веригата, в която е свързана тази бобина.

Ако намотка с постоянен ток в даден момент внезапно бъде изключена от веригата, токът няма да може да спре незабавно, но ще започне да се забавя бързо и потенциална разлика ще се появи на клемите на бобина, толкова по -бързо, колкото по -бързо спира токът, тоест по -бързо изчезва магнитното поле на този ток …

Тук е подходяща хидравлична аналогия. Представете си кран за вода с топка от високо еластична и мека гума на чучура.

На дъното на топката има тръба, която ограничава налягането на водата от топката към земята. Ако кранът за вода е отворен, топката ще се надуе доста силно и водата ще се втурне през тръбата на тънка струя, но с висока скорост, тя ще се разбие в земята с пръски.

Консумацията на вода е непроменена. Токът протича през голяма индуктивност, докато енергийният резерв в магнитното поле е голям (балонът е напомпан с вода). Когато водата току -що започне да тече от чешмата, топката се надува, по същия начин индуктивността съхранява енергия в магнитното поле, когато токът започне да се увеличава.

Ако сега изключим топката от крана, включим я от страната, където е била свързана с крана, и я обърнем, тогава водата от тръбата може да достигне много по -висока височина от височината на крана, тъй като водата в надутата топка е под налягане. По същия начин се използват индуктори в усилвателни импулсни преобразуватели.