Differenza tra induttanza e capacità

Differenza chiave - Induttanza vs Capacità
 

Induttanza e capacità sono due delle proprietà principali dei circuiti RLC. Induttori e condensatori, associati rispettivamente all'induttanza e alla capacità, sono comunemente usati nei generatori di forme d'onda e nei filtri analogici. La differenza chiave tra induttanza e capacità è quella l'induttanza è una proprietà di un conduttore che porta corrente che genera un campo magnetico attorno al conduttore mentre la capacità è una proprietà di un dispositivo per contenere e immagazzinare cariche elettriche.

CONTENUTO
1. Panoramica e differenza chiave
2. Cos'è l'induttanza
3. Cos'è la capacità
4. Confronto affiancato - Induttanza vs Capacità
5. Sommario

Cos'è l'induttanza?

L'induttanza è "la proprietà di un conduttore elettrico mediante il quale un cambiamento di corrente attraverso di esso induce una forza elettromotrice nel conduttore stesso". Quando un filo di rame viene avvolto attorno ad un'anima di ferro e i due bordi della bobina sono posizionati sui terminali della batteria, il gruppo bobina diventa un magnete. Questo fenomeno si verifica a causa della proprietà dell'induttanza.

Teorie dell'induttanza

Ci sono diverse teorie che descrivono il comportamento e le proprietà dell'induttanza di un conduttore che trasporta corrente. Una teoria inventata dal fisico, Hans Christian Ørsted, afferma che un campo magnetico, B, viene generato attorno al conduttore quando una corrente costante, I, lo attraversa. Come cambia la corrente, così fa il campo magnetico. La legge di Ørsted è considerato come la prima scoperta della relazione tra elettricità e magnetismo. Quando la corrente scorre lontano dall'osservatore, la direzione del campo magnetico è in senso orario.

Figura 01: legge di Oersted

Secondo La legge dell'induzione di Faraday, un campo magnetico variabile induce una forza elettromotrice (EMF) in conduttori vicini. Questo cambiamento del campo magnetico è relativo al conduttore, cioè, il campo può variare o il conduttore può muoversi attraverso un campo stabile. Questa è la base più fondamentale dei generatori elettrici.

La terza teoria è La legge di Lenz, che afferma che la FEM generata nel conduttore si oppone al cambiamento del campo magnetico. Per esempio, se un filo conduttore è posto in un campo magnetico e se il campo è ridotto, un elettrocatetere sarà indotto nel conduttore secondo la legge di Faraday in una direzione in cui la corrente indotta ricostruirà il campo magnetico ridotto. Se il cambiamento del campo magnetico esterno dφ sta costruendo, l'EMF (ε) indurrà nella direzione opposta. Queste teorie sono state fondate su molti dispositivi. Questa induzione EMF nel conduttore stesso è chiamata autoinduttanza della bobina, e la variazione di corrente in una bobina potrebbe indurre una corrente anche in un altro conduttore vicino. Questo è chiamato induttanza reciproca.

ε = -dφ / dt

Qui, il segno negativo indica l'opposizione dell'EMG al cambiamento del campo magnetico.

Unità di induttanza e applicazione

L'induttanza è misurata in Henry (H), l'unità SI intitolata a Joseph Henry che ha scoperto l'induzione in modo indipendente. L'induttanza è indicata come "L" nei circuiti elettrici dopo il nome di Lenz.

Dalla classica campana elettrica alle moderne tecniche di trasferimento dell'energia wireless, l'induzione è stata il principio base in molte innovazioni. Come menzionato all'inizio di questo articolo, la magnetizzazione di una bobina di rame viene utilizzata per campane elettriche e relè. Un relè viene utilizzato per commutare correnti di grandi dimensioni utilizzando una corrente molto piccola che magnetizza una bobina che attrae un polo di un interruttore della grande corrente. Un altro esempio è l'interruttore di scatto o l'interruttore differenziale (RCCB). Qui i fili vivi e neutri dell'alimentazione vengono fatti passare attraverso bobine separate che condividono lo stesso nucleo. In una condizione normale, il sistema è bilanciato poiché la corrente in diretta e neutrale è la stessa. A una dispersione di corrente nel circuito di casa, la corrente nelle due bobine sarà diversa, creando un campo magnetico sbilanciato nel nucleo condiviso. Pertanto, un polo dell'interruttore attrae il nucleo, interrompendo improvvisamente il circuito. Inoltre, è possibile fornire numerosi altri esempi come trasformatore, sistema RF-ID, metodo di ricarica wireless, fornelli a induzione, ecc..

Gli induttori sono anche riluttanti a cambiamenti improvvisi delle correnti attraverso di loro. Pertanto, un segnale ad alta frequenza non passerebbe attraverso un induttore; sarebbero passati solo componenti che cambiano lentamente. Questo fenomeno viene impiegato nella progettazione di circuiti di filtri analogici passa-basso.

Cos'è la capacità?

La capacità di un dispositivo misura la capacità di trattenere una carica elettrica al suo interno. Un condensatore di base è composto da due sottili pellicole di materiale metallico e un materiale dielettrico inserito tra loro. Quando viene applicata una tensione costante alle due piastre di metallo, le cariche opposte vengono memorizzate su di esse. Queste spese rimarranno anche se la tensione viene rimossa. Inoltre, quando viene posizionata la resistenza R che collega le due piastre del condensatore caricato, il condensatore si scarica. La capacità C del dispositivo è definito come il rapporto tra la carica (Q) tiene e la tensione applicata, v, per caricarlo. La capacità è misurata da Farads (F).

C = Q / v

Il tempo impiegato per caricare il condensatore è misurato dalla costante di tempo indicata in: R x C. Qui, R è la resistenza lungo il percorso di ricarica. La costante di tempo è il tempo impiegato dal condensatore per caricare il 63% della sua capacità massima.

Proprietà di capacità e applicazione

I condensatori non rispondono a correnti costanti. Alla carica del condensatore, la corrente attraverso di esso varia fino a quando non è completamente carica, ma dopo di ciò, la corrente non passa lungo il condensatore. Questo perché lo strato dielettrico tra le piastre metalliche rende il condensatore un "interruttore di spegnimento". Tuttavia, la risposta del condensatore alle correnti variabili. Come la corrente alternata, il cambiamento della tensione CA potrebbe ulteriormente caricare o scaricare un condensatore rendendolo un "interruttore on" per tensioni CA. Questo effetto viene utilizzato per progettare filtri analogici passa-alto.

Inoltre, ci sono anche effetti negativi nella capacità. Come accennato in precedenza, le cariche che portano corrente nei conduttori rendono la capacità tra l'un l'altro e gli oggetti vicini. Questo effetto è chiamato come capacità vagante. Nelle linee di trasmissione di potenza, la capacità parassita potrebbe verificarsi tra ogni linea e tra le linee e la terra, strutture portanti, ecc. A causa delle grandi correnti trasportate da questi, questo effetto parassita influenza considerevolmente le perdite di potenza nelle linee di trasmissione di potenza.

Figura 02: condensatore a piastre parallele

 Qual è la differenza tra induttanza e capacità?

Induttanza vs Capacità
L'induttanza è una proprietà dei conduttori di corrente che genera un campo magnetico attorno al conduttore.	La capacità è la capacità di un dispositivo di immagazzinare cariche elettriche.
misurazione
L'induttanza è misurata da Henry (H) ed è simboleggiata come L.	La capacità è misurata in Farad (F) ed è simboleggiata come C.
dispositivi
Il componente elettrico associato all'induttanza è noto come induttore, che di solito si avvolge con un nucleo o senza un nucleo.	La capacità è associata ai condensatori. Ci sono diversi tipi di condensatori usati nei circuiti.
Comportamento in caso di cambio di tensione
Risposta degli induttori a tensioni a variazione lenta. Le tensioni CA ad alta frequenza non possono passare attraverso gli induttori.	Le tensioni CA a bassa frequenza non possono passare attraverso i condensatori, poiché fungono da barriera alle basse frequenze.
Usa come filtri
L'induttanza è il componente dominante nei filtri passa-basso.	La capacità è il componente dominante nei filtri passa-alto.

Riepilogo: induttanza e capacità

Induttanza e capacità sono proprietà indipendenti di due diversi componenti elettrici. Mentre l'induttanza è una proprietà di un conduttore che porta corrente per costruire un campo magnetico, la capacità è una misura della capacità di un dispositivo di sostenere cariche elettriche. Entrambe queste proprietà sono utilizzate in varie applicazioni come base. Tuttavia, questi diventano anche uno svantaggio in termini di perdite di potenza. La risposta di induttanza e capacità a correnti variabili indicano comportamenti opposti. A differenza degli induttori che passano tensioni CA a variazione lenta, i condensatori bloccano le tensioni a bassa frequenza che li attraversano. Questa è la differenza tra induttanza e capacità.

Riferimento:
1. Sears, F. W., & Zemansky, M. W. (1964). Fisica universitaria.Chicago
2.Capacitance. (N.d.). Estratto il 30 maggio 2017 da http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3. induzione elettromagnetica. (2017, 3 maggio). Estratto il 30 maggio 2017 da https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

Cortesia dell'immagine:
1. "Elettromagnetismo" per utente: Stannered - Immagine: Electromagnetism.png (CC BY-SA 3.0) attraverso Commons Wikimedia
2. "Condensatore parallelo" Inductiveload - proprio disegno (dominio pubblico) tramite Commons Wikimedia