Capacitat i inductància en circuits elèctrics

Pel que fa als circuits elèctrics, la capacitat i la inductància són molt importants, tan importants com la resistència. Però si parlem de resistència activa, ens referim simplement a la conversió irreversible d'energia elèctrica en calor, aleshores la inductància i la capacitat estan relacionades amb els processos d'acumulació i conversió d'energia elèctrica, per tant, obren moltes oportunitats pràctiques útils per a l'enginyeria elèctrica.

Quan el corrent flueix pel circuit, les partícules carregades es mouen d'un lloc de major potencial elèctric a un lloc de menor potencial.

Suposem que el corrent flueix a través d'una resistència activa, com el filament de tungstè d'una làmpada. A mesura que les partícules carregades es mouen directament a través del tungstè, l'energia d'aquest corrent es dissipa contínuament a causa de les freqüents col·lisions dels portadors de corrent amb els nodes de la xarxa cristal·lina del metall.

Aquí es pot fer una analogia.La roca es trobava al cim d'una muntanya boscosa (en un punt d'alt potencial), però després va ser empès del cim i es va arrossegar cap a la terra baixa (a un nivell de potencial més baix) a través del bosc, a través d'arbustos (resistència), etc.

En xocar amb les plantes, una pedra perd sistemàticament la seva energia, la transfereix als arbustos i arbres en els moments de col·lisió amb elles (de manera similar, la calor es dissipa amb resistència activa), per tant, la seva velocitat (valor actual) és limitada, i hi ha simplement no és el moment d'accelerar correctament.

En la nostra analogia, la pedra és un corrent elèctric, en moviment de partícules carregades, i les plantes al seu pas són la resistència activa d'un conductor; diferència d'alçada: la diferència de potencials elèctrics.

Capacitat

La capacitància, a diferència de la resistència activa, caracteritza la capacitat del circuit per acumular energia elèctrica en forma de camp elèctric estàtic.

Un corrent continu no pot continuar circulant com abans a través d'un circuit amb una capacitat fins que aquesta capacitat s'omple completament. Només quan la capacitat estigui plena, els portadors de càrrega podran moure's més a la seva velocitat anterior determinada per la diferència de potencial i la resistència activa del circuit.

Una analogia hidràulica visual és millor per entendre aquí. L'aixeta d'aigua està connectada al subministrament d'aigua (font d'alimentació), l'aixeta s'obre i l'aigua surt amb una certa pressió i cau a terra. Aquí no hi ha capacitat addicional, el cabal d'aigua (valor actual) és constant i no hi ha cap motiu per frenar l'aigua, és a dir, reduir la velocitat del seu cabal.

Però, què passa si poseu un barril ample just sota l'aixeta (en la nostra analogia, afegiu un condensador, un condensador al circuit), la seva amplada és molt més gran que el diàmetre del raig d'aigua.

Ara s'omple el barril (el contenidor es carrega, la càrrega s'acumula a les plaques del condensador, el camp elèctric s'enforteix entre les plaques), però l'aigua no cau a terra. Quan el barril s'omple fins a la vora d'aigua (el condensador està carregat), només llavors l'aigua començarà a fluir a la mateixa velocitat pels extrems del barril fins a terra. Aquest és el paper d'un condensador o condensador.

El barril es pot bolcar si es desitja, creant breument moltes vegades més pressió que només amb l'aixeta (buixar ràpidament el condensador), però la quantitat d'aigua presa de l'aixeta no augmentarà.

Aixecant i invertint el canó (càrrega i descàrrega ràpida del condensador durant molt de temps), podem canviar el mode de consum d'aigua (càrrega elèctrica, energia elèctrica). Atès que el barril s'omple lentament d'aigua i la seva vora s'aconsegueix al cap d'un temps, es diu que quan s'omple el recipient, el corrent condueix a la tensió (en la nostra analogia, la tensió és l'alçada a la qual es troba la vora de l'aixeta). es troba el broc).

Inductància

La inductància, a diferència de la capacitat, emmagatzema l'energia elèctrica no en forma estàtica sinó en forma cinètica.

Quan el corrent flueix per la bobina de l'inductor, la càrrega que hi ha no s'acumula com en el condensador, continua movent-se al llarg del circuit, però al voltant de la bobina s'enforteix el camp magnètic associat al corrent, la inducció del qual és proporcional a la magnitud del corrent.

Quan s'aplica una tensió elèctrica a la bobina, el corrent a la bobina s'acumula lentament, el camp magnètic emmagatzema energia no immediatament, sinó gradualment, i aquest procés impedeix l'acceleració dels portadors de càrrega. Per tant, en inductància, es diu que el corrent retarda la tensió. Finalment, però, el corrent arriba a un valor tal que només queda limitat per la resistència activa del circuit en què està connectada aquesta bobina.

Si una bobina de CC es desconnecta sobtadament del circuit en algun moment, el corrent no es podrà aturar immediatament, però començarà a disminuir ràpidament i apareixerà una diferència de potencial entre els terminals de la bobina, com més ràpid s'atura el corrent, és a dir, el camp magnètic d'aquest corrent desapareix més ràpid...

Una analogia hidràulica és adequada aquí. Imagineu una aixeta d'aigua amb una bola de goma molt elàstica i suau al broc.

A la part inferior de la pilota hi ha un tub que limita la pressió de l'aigua des de la pilota fins a terra. Si l'aixeta d'aigua està oberta, la pilota s'inflarà amb força i l'aigua passarà pel tub en un raig prim, però a gran velocitat s'estavellarà contra el terra amb esquitxades.

El consum d'aigua no canvia. El corrent flueix per una gran inductància, mentre que la reserva d'energia en el camp magnètic és gran (el globus s'infla amb aigua). Quan l'aigua comença a fluir de l'aixeta, la pilota s'infla, de manera similar, la inductància emmagatzema energia al camp magnètic quan el corrent comença a augmentar.

Si ara tanquem la bola de l'aixeta, l'encenem des del costat on estava connectada a l'aixeta i la girem, l'aigua de la canonada pot arribar a una alçada molt superior a l'alçada de l'aixeta, perquè l'aigua de la bola inflada està sota pressió.Els inductors s'utilitzen de la mateixa manera en convertidors d'impulsos.