Kapasitan dan kearuhan dalam litar elektrik

Dari segi litar elektrik, kemuatan dan kearuhan adalah sangat penting, sama pentingnya dengan rintangan. Tetapi jika kita bercakap tentang rintangan aktif, yang kita maksudkan hanyalah penukaran tenaga elektrik yang tidak dapat dipulihkan menjadi haba, maka induktansi dan kapasitansi berkaitan dengan proses pengumpulan dan penukaran tenaga elektrik, oleh itu ia membuka banyak peluang praktikal yang berguna untuk kejuruteraan elektrik.

Apabila arus mengalir melalui litar, zarah bercas bergerak dari tempat yang mempunyai potensi elektrik yang lebih tinggi ke tempat yang mempunyai potensi yang lebih rendah.

Katakan arus mengalir melalui rintangan aktif, seperti filamen tungsten lampu. Apabila zarah bercas bergerak terus melalui tungsten, tenaga arus ini terus terlesap disebabkan oleh perlanggaran kerap pembawa arus dengan nod kekisi kristal logam.

Analogi boleh dibuat di sini.Batu itu terletak di atas gunung berhutan (pada titik potensi tinggi), tetapi kemudian ia ditolak dari atas dan berguling ke tanah rendah (ke tahap potensi yang lebih rendah) melalui hutan, melalui semak (rintangan), dan lain-lain.

Berlanggar dengan tumbuhan, batu secara sistematik kehilangan tenaganya, memindahkannya ke semak dan pokok pada saat-saat perlanggaran dengan mereka (dengan cara yang sama, haba dilesapkan dengan rintangan aktif), oleh itu kelajuannya (nilai semasa) adalah terhad, dan di sana tiada masa untuk memecut dengan betul.

Dalam analogi kami, batu itu adalah arus elektrik, zarah bercas yang bergerak, dan tumbuhan di laluannya adalah rintangan aktif konduktor; perbezaan ketinggian — perbezaan potensi elektrik.

Kapasiti

Kapasitan, tidak seperti rintangan aktif, mencirikan keupayaan litar untuk mengumpul tenaga elektrik dalam bentuk medan elektrik statik.

Arus terus tidak boleh terus mengalir seperti sebelum ini melalui litar dengan kapasitansi sehingga kemuatan itu diisi sepenuhnya. Hanya apabila kapasiti penuh barulah pembawa cas dapat bergerak lebih jauh pada kelajuan sebelumnya yang ditentukan oleh beza potensi dan rintangan aktif litar.

Analogi hidraulik visual adalah lebih baik untuk difahami di sini. Keran air disambungkan ke bekalan air (sumber kuasa), paip dibuka, dan air mengalir keluar dengan tekanan tertentu dan jatuh ke atas tanah. Di sini tiada kapasiti tambahan, aliran air (nilai semasa) adalah tetap dan tidak ada sebab untuk memperlahankan air, iaitu mengurangkan kelajuan alirannya.

Tetapi bagaimana jika anda meletakkan tong lebar betul-betul di bawah keran (dalam analogi kami, tambahkan kapasitor, kapasitor ke litar), lebarnya jauh lebih besar daripada diameter pancutan air.

Sekarang tong diisi (bekas dicas, caj terkumpul pada plat kapasitor, medan elektrik diperkuat di antara plat), tetapi air tidak jatuh ke dalam tanah. Apabila tong diisi dengan air (kapasitor dicas), barulah air mula mengalir pada kadar aliran yang sama melalui hujung tong ke tanah. Ini adalah peranan kapasitor atau pemeluwap.

Tong boleh diterbalikkan jika dikehendaki, secara ringkas mencipta tekanan berkali ganda lebih banyak daripada daripada paip sahaja (cepat mengalirkan pemeluwap), tetapi jumlah air yang diambil dari paip tidak akan meningkat.

Dengan mengangkat dan kemudian menyongsangkan tong (mengecas dan menyahcas dengan cepat kapasitor untuk masa yang lama), kita boleh menukar mod penggunaan air (cas elektrik, tenaga elektrik). Oleh kerana tong itu perlahan-lahan diisi dengan air dan tepinya akan dicapai selepas beberapa ketika, dikatakan bahawa apabila bekas diisi, arus membawa voltan (dalam analogi kami, voltan ialah ketinggian di mana tepi paip muncung terletak).

Kearuhan

Kearuhan, tidak seperti kapasitansi, menyimpan tenaga elektrik bukan dalam statik tetapi dalam bentuk kinetik.

Apabila arus mengalir melalui gegelung induktor, cas di dalamnya tidak terkumpul seperti dalam kapasitor, ia terus bergerak di sepanjang litar, tetapi di sekeliling gegelung medan magnet yang berkaitan dengan arus diperkuatkan, induksinya adalah berkadar dengan magnitud arus.

Apabila voltan elektrik digunakan pada gegelung, arus dalam gegelung membina perlahan-lahan, medan magnet menyimpan tenaga tidak serta-merta, tetapi secara beransur-ansur, dan proses ini menghalang pecutan pembawa cas. Oleh itu, dalam kearuhan, arus dikatakan ketinggalan voltan. Walau bagaimanapun, akhirnya, arus mencapai nilai sedemikian yang dihadkan hanya oleh rintangan aktif litar di mana gegelung ini disambungkan.

Jika gegelung DC tiba-tiba terputus dari litar pada satu ketika, arus tidak akan dapat berhenti serta-merta, tetapi akan mula perlahan dengan cepat dan perbezaan potensi akan muncul merentasi terminal gegelung, semakin cepat semakin cepat ia menghentikan arus, iaitu medan magnet arus ini hilang lebih cepat...

Analogi hidraulik sesuai di sini. Bayangkan paip air dengan bola getah yang sangat kenyal dan lembut pada muncungnya.

Di bahagian bawah bola terdapat tiub yang mengehadkan tekanan air dari bola ke tanah. Jika paip air terbuka, bola akan melambung dengan agak kuat dan air akan mengalir melalui tiub dalam aliran nipis, tetapi pada kelajuan tinggi, ia akan terhempas ke dalam tanah dengan percikan.

Penggunaan air tidak berubah. Arus mengalir melalui induktansi yang besar, manakala rizab tenaga dalam medan magnet adalah besar (belon ditiup dengan air). Apabila air baru mula mengalir dari paip, bola mengembang, begitu juga, induktansi menyimpan tenaga dalam medan magnet apabila arus mula meningkat.

Jika sekarang kita mematikan bola dari keran, hidupkannya dari sisi di mana ia disambungkan ke keran, dan terbalikkannya, maka air dari paip boleh mencapai ketinggian yang jauh lebih tinggi daripada ketinggian paip, kerana air di dalam bola kembung berada di bawah tekanan.Induktor digunakan dengan cara yang sama dalam penukar nadi rangsangan.