Негізгі айырмашылық – индуктивтілік пен сыйымдылық
Индуктивтілік пен сыйымдылық RLC тізбектерінің екі негізгі қасиеті болып табылады. Сәйкесінше индуктивтілік және сыйымдылықпен байланысты индукторлар мен конденсаторлар толқын пішінінің генераторларында және аналогтық сүзгілерде жиі қолданылады. Индуктивтілік пен сыйымдылық арасындағы негізгі айырмашылық мынада: индуктивтілік өткізгіштің айналасында магнит өрісін тудыратын ток өткізгіштің қасиеті, ал сыйымдылық электр зарядтарын ұстауға және сақтауға арналған құрылғының қасиеті болып табылады.
Индуктивтілік дегеніміз не?
Индуктивтілік – «электр өткізгішінің қасиеті, ол арқылы өтетін токтың өзгеруі өткізгіштің өзінде электр қозғаушы күшті тудырады». Темір өзекке мыс сым орап, катушканың екі шеті батарея терминалдарына қойылғанда, катушкалар жинағы магнитке айналады. Бұл құбылыс индуктивтілік қасиетіне байланысты орын алады.
Индуктивтілік теориялары
Ток өткізгіштің индуктивтілігінің мінез-құлқы мен қасиеттерін сипаттайтын бірнеше теориялар бар. Физик Ганс Кристиан Урстед ойлап тапқан теорияның бірінде өткізгіштің айналасында тұрақты I ток өткен кезде магнит өрісі B пайда болады деп тұжырымдайды. Ток өзгерген сайын магнит өрісі де өзгереді. Урстед заңы электр және магнетизм арасындағы байланыстың алғашқы ашылуы болып саналады. Ток бақылаушыдан алыстағанда, магнит өрісінің бағыты сағат тілімен болады.
01-сурет: Эрстед заңы
Фарадей индукция заңына сәйкес өзгермелі магнит өрісі жақын маңдағы өткізгіштерде электр қозғаушы күшін (ЭМӨ) тудырады. Магнит өрісінің бұл өзгерісі өткізгішке қатысты, яғни өріс өзгеруі мүмкін немесе өткізгіш тұрақты өріс арқылы қозғала алады. Бұл электр генераторларының ең негізгі негізі.
Үшінші теория Ленц заңы болып табылады, ол өткізгіште пайда болған ЭҚК магнит өрісінің өзгеруіне қарсы тұрады. Мысалы, егер өткізгіш сым магнит өрісіне қойылса және өріс азайса, Фарадей заңына сәйкес өткізгіште ЭҚК индукцияланған ток төмендетілген магнит өрісін қалпына келтіретін бағытта индукцияланады. Егер сыртқы магнит өрісінің өзгеруі d φ құрылса, ЭҚК (ε) қарама-қарсы бағытта индукцияланады. Бұл теориялар көптеген құрылғыларға негізделген. Өткізгіштегі бұл ЭҚК индукциясы катушканың өзіндік индуктивтілігі деп аталады және катушкадағы токтың өзгеруі жақын орналасқан басқа өткізгіште де ток индукциясын тудыруы мүмкін. Бұл өзара индуктивтілік деп аталады.
ε=-dφ/dt
Мұнда теріс белгі магнит өрісінің өзгеруіне ЭМГ қарсылығын көрсетеді.
Индуктивтілік және қолдану бірліктері
Индуктивтілік Генриде (H) өлшенеді, индукцияны дербес ашқан Джозеф Генри атындағы SI бірлігі. Индуктивтілік электр тізбектерінде Ленц атынан кейін «L» ретінде белгіленеді.
Классикалық электр қоңырауынан заманауи сымсыз қуат беру әдістеріне дейін индукция көптеген инновациялардың негізгі қағидасы болды. Осы мақаланың басында айтылғандай, мыс катушкасының магниттелуі электр қоңыраулары мен реле үшін қолданылады. Реле үлкен ток қосқышының полюсін тартатын катушканы магниттендіретін өте аз токты пайдаланып үлкен токтарды ауыстыру үшін қолданылады. Тағы бір мысал - өшіру қосқышы немесе қалдық токтың ажыратқышы (RCCB). Онда қоректендірудің ток өткізетін және бейтарап сымдары бір ядроны бөлісетін бөлек катушкалар арқылы өтеді. Қалыпты жағдайда жүйе теңдестірілген, өйткені ток және бейтараптағы ток бірдей. Үй тізбегіндегі токтың ағып кетуі кезінде екі катушкалардағы ток әртүрлі болады, бұл ортақ ядрода теңгерілмеген магнит өрісін тудырады. Осылайша, коммутатор полюсі өзекке тартылып, тізбекті кенеттен ажыратады. Сонымен қатар, трансформатор, RF-ID жүйесі, сымсыз қуат зарядтау әдісі, индукциялық пештер және т.б. сияқты бірқатар мысалдарды келтіруге болады.
Индукторлар да олар арқылы өтетін токтардың кенеттен өзгеруін қаламайды. Сондықтан жоғары жиілікті сигнал индуктор арқылы өтпейді; баяу өзгеретін компоненттер ғана өтеді. Бұл құбылыс төмен жиілікті аналогтық сүзгі сұлбаларын жобалауда қолданылады.
Сыйымдылық дегеніміз не?
Құрылғының сыйымдылығы ондағы электр зарядын ұстау мүмкіндігін өлшейді. Негізгі конденсатор металл материалдан жасалған екі жұқа қабықшадан және олардың арасында орналасқан диэлектрлік материалдан тұрады. Екі металл пластинаға тұрақты кернеу берілгенде, оларда қарама-қарсы зарядтар сақталады. Бұл зарядтар кернеу жойылса да қалады. Сонымен қатар, зарядталған конденсатордың екі пластинасын қосатын R кедергісі қойылған кезде конденсатор зарядсызданады. Құрылғының сыйымдылығы C ол ұстап тұрған заряд (Q) мен оны зарядтау үшін қолданылатын кернеу, v арасындағы қатынас ретінде анықталады. Сыйымдылық Фарадпен (F) өлшенеді.
C=Q/v
Конденсаторды зарядтауға кететін уақыт келесіде берілген уақыт тұрақтысымен өлшенеді: R x C. Мұнда R – зарядтау жолындағы кедергі. Уақыт тұрақтысы – конденсатордың максималды сыйымдылығының 63%-ын зарядтауға кететін уақыт.
Сыйымдылық және қолдану қасиеттері
Конденсаторлар тұрақты токтарға жауап бермейді. Конденсаторды зарядтау кезінде ол арқылы өтетін ток толық зарядталғанша өзгереді, бірақ одан кейін ток конденсатор бойымен өтпейді. Өйткені металл пластиналар арасындағы диэлектрлік қабат конденсаторды «өшіру» етеді. Дегенмен, конденсатор әртүрлі токтарға жауап береді. Айнымалы ток сияқты, айнымалы ток кернеуінің өзгеруі конденсаторды одан әрі зарядтауы немесе разрядтауы мүмкін, бұл оны айнымалы ток кернеулері үшін «қосқыш» етеді. Бұл әсер жоғары жиілікті аналогтық сүзгілерді жобалау үшін пайдаланылады.
Сонымен қатар, сыйымдылықта да жағымсыз әсерлер бар. Жоғарыда айтылғандай, өткізгіштердегі ток өткізетін зарядтар бір-бірімен, сондай-ақ жақын орналасқан объектілер арасында сыйымдылықты жасайды. Бұл әсер адасқан сыйымдылық деп аталады. Электр беру желілерінде шамадан тыс сыйымдылық әрбір желі арасында, сондай-ақ желілер мен жер, тірек құрылымдар және т.б. арасында болуы мүмкін. Олар тасымалдайтын үлкен токтардың арқасында бұл адасу эффекті электр беру желілеріндегі қуат жоғалуына айтарлықтай әсер етеді.
02-сурет: параллель пластиналы конденсатор
Индуктивтілік пен сыйымдылықтың айырмашылығы неде?
Индуктивтілік пен сыйымдылық |
|
| Индуктивтілік - өткізгіштің айналасында магнит өрісін тудыратын ток өткізгіштердің қасиеті. | Сыйымдылық – құрылғының электр зарядтарын сақтау мүмкіндігі. |
| Өлшем | |
| Индуктивтілік Генри (H) арқылы өлшенеді және L ретінде белгіленеді. | Сыйымдылық Фарадпен (F) өлшенеді және C ретінде белгіленеді. |
| Құрылғылар | |
| Индуктивтілікке байланысты электрлік құрамдас индукторлар ретінде белгілі, олар әдетте өзегі бар немесе өзегі жоқ катушкаларға айналады. | Сыйымдылық конденсаторлармен байланысты. Тізбектерде қолданылатын конденсаторлардың бірнеше түрі бар. |
| Кернеу өзгергенде әрекет | |
| Индукторлар баяу өзгеретін кернеулерге жауап береді. Жоғары жиілікті айнымалы ток кернеулері индукторлар арқылы өте алмайды. | Төмен жиілікті айнымалы ток кернеулері конденсаторлар арқылы өте алмайды, өйткені олар төмен жиіліктерге кедергі ретінде әрекет етеді. |
| Сүзгілер ретінде пайдалану | |
| Индуктивтілік төмен жиілікті сүзгілердегі басым компонент болып табылады. | Сыйымдылық жоғары жиілікті сүзгілердегі басым компонент болып табылады. |
Қорытынды – Индуктивтілік пен сыйымдылық
Индуктивтілік пен сыйымдылық екі түрлі электрлік құрамдастардың тәуелсіз қасиеттері болып табылады. Индуктивтілік магнит өрісін құру үшін ток өткізгіштің қасиеті болса, сыйымдылық құрылғының электр зарядтарын ұстау қабілетінің өлшемі болып табылады. Бұл екі қасиет әртүрлі қолданбаларда негіз ретінде пайдаланылады. Соған қарамастан, олар қуат жоғалту тұрғысынан да кемшілікке айналады. Индуктивтілік пен сыйымдылықтың әртүрлі токтарға реакциясы қарама-қарсы әрекетті көрсетеді. Баяу өзгеретін айнымалы ток кернеулерін өткізетін индукторлардан айырмашылығы, конденсаторлар олар арқылы өтетін баяу жиілікті кернеулерді блоктайды. Бұл индуктивтілік пен сыйымдылық арасындағы айырмашылық.
