Unterschied zwischen Induktivität und Kapazität

Hauptunterschied - Induktivität gegen Kapazität
 

Induktivität und Kapazität sind zwei der Haupteigenschaften von RLC-Schaltungen. Induktoren und Kondensatoren, die der Induktivität bzw. Kapazität zugeordnet sind, werden üblicherweise in Wellenformgeneratoren und analogen Filtern verwendet. Der Hauptunterschied zwischen Induktivität und Kapazität ist das Induktivität ist eine Eigenschaft eines stromführenden Leiters, der ein magnetisches Feld um den Leiter herum erzeugt wohingegen Die Kapazität ist eine Eigenschaft eines Geräts zum Halten und Speichern elektrischer Ladungen.

INHALT
1. Übersicht und Schlüsseldifferenz
2. Was ist Induktivität?
3. Was ist Kapazität?
4. Side-by-Side-Vergleich - Induktivität gegen Kapazität
5. Zusammenfassung

Was ist Induktivität??

Induktivität ist die „Eigenschaft eines elektrischen Leiters, durch die eine Stromänderung hindurch eine elektromotorische Kraft im Leiter selbst induziert“. Wenn ein Kupferdraht um einen Eisenkern gewickelt ist und die zwei Kanten der Spule an den Batterieklemmen angeordnet sind, wird die Spulenanordnung zu einem Magneten. Dieses Phänomen tritt aufgrund der Induktivität auf.

Theorien der Induktivität

Es gibt verschiedene Theorien, die das Verhalten und die Eigenschaften der Induktivität eines stromführenden Leiters beschreiben. Eine vom Physiker erfundene Theorie, Hans Christian Ørsted, besagt, dass um den Leiter ein Magnetfeld B erzeugt wird, wenn ein konstanter Strom I durchläuft. Wenn sich der Strom ändert, ändert sich auch das Magnetfeld. Ørsteds Gesetz gilt als erste Entdeckung der Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Wenn der Strom vom Beobachter wegfließt, ist die Richtung des Magnetfelds im Uhrzeigersinn.

Abbildung 01: Oersteds Gesetz

Gemäß Faradays Induktionsgesetz, Ein sich änderndes Magnetfeld induziert in nahegelegenen Leitern eine elektromotorische Kraft (EMF). Diese Änderung des Magnetfelds ist relativ zum Leiter, dh das Feld kann variieren oder der Leiter kann sich durch ein stationäres Feld bewegen. Dies ist die grundlegendste Basis für elektrische Generatoren.

Die dritte Theorie ist Lenzs Gesetz, was besagt, dass der erzeugte EMF im Leiter der Änderung des Magnetfelds entgegenwirkt. Wenn beispielsweise ein leitender Draht in einem Magnetfeld angeordnet ist und das Feld reduziert wird, wird gemäß dem Faraday'schen Gesetz in dem Leiter eine EMF in einer Richtung induziert, in der der induzierte Strom das reduzierte Magnetfeld rekonstruiert. Wenn die Änderung des äußeren Magnetfelds dφ baut der EMF (ε) wird in die entgegengesetzte Richtung induzieren. Diese Theorien wurden auf viele Geräte geschliffen. Diese EMF-Induktion im Leiter selbst wird als Selbstinduktivität der Spule bezeichnet, und die Änderung des Stroms in einer Spule könnte auch einen Strom in einem anderen benachbarten Leiter induzieren. Dies wird als gegenseitige Induktivität bezeichnet.

ε = -dφ / dt

Das negative Vorzeichen gibt hier den Widerstand des EMG gegen die Änderung des Magnetfelds an.

Induktivität und Anwendung

Die Induktivität wird in Henry (H) gemessen, der SI-Einheit, benannt nach Joseph Henry, der die Induktion unabhängig entdeckte. Die Induktivität wird in elektrischen Schaltkreisen nach dem Namen Lenz als 'L' angegeben.

Von der klassischen elektrischen Klingel bis zu modernen drahtlosen Stromübertragungstechniken war die Induktion das Grundprinzip vieler Innovationen. Wie zu Beginn dieses Artikels erwähnt, wird die Magnetisierung einer Kupferspule für elektrische Glocken und Relais verwendet. Ein Relais wird verwendet, um große Ströme unter Verwendung eines sehr kleinen Stroms zu schalten, der eine Spule magnetisiert, die einen Pol eines Schalters des großen Stroms anzieht. Ein anderes Beispiel ist der Auslöseschalter oder der Fehlerstromschutzschalter (FI-Schutzschalter). Dort werden die stromführenden und neutralen Drähte der Versorgung durch separate Spulen geführt, die den gleichen Kern aufweisen. Unter normalen Bedingungen ist das System ausgeglichen, da der Strom in Live und Neutral gleich ist. Bei einem Stromverlust im Eigenstromkreis ist der Strom in den beiden Spulen unterschiedlich, wodurch ein unausgeglichenes Magnetfeld im gemeinsamen Kern entsteht. Somit zieht ein Schalterpol den Kern an und trennt plötzlich den Stromkreis. Darüber hinaus können einige andere Beispiele wie Transformator, RF-ID-System, drahtloses Ladeverfahren, Induktionskocher usw. angegeben werden.

Induktoren widerstreben auch plötzlichen Änderungen der Ströme durch sie hindurch. Daher würde ein Hochfrequenzsignal nicht durch einen Induktor laufen; nur langsam wechselnde Komponenten würden passieren. Dieses Phänomen wird beim Entwurf von analogen Tiefpassfilterschaltungen verwendet.

Was ist Kapazität??

Die Kapazität eines Geräts misst die Fähigkeit, eine elektrische Ladung darin zu halten. Ein Basiskondensator besteht aus zwei dünnen Filmen aus metallischem Material und einem dazwischen angeordneten dielektrischen Material. Wenn eine konstante Spannung an die beiden Metallplatten angelegt wird, werden entgegengesetzte Ladungen darauf gespeichert. Diese Ladungen bleiben auch erhalten, wenn die Spannung entfernt wird. Wenn sich der Widerstand R zwischen den beiden Platten des geladenen Kondensators befindet, entlädt sich der Kondensator. Die Kapazität C des Geräts ist definiert als das Verhältnis zwischen der Ladung (Q) es hält und die angelegte Spannung, v, um es aufzuladen. Kapazität wird von Farads (F) gemessen.

C = Q / v

Die Zeit, die zum Laden des Kondensators benötigt wird, wird durch die Zeitkonstante gemessen, die gegeben ist durch: R x C. Hier ist R der Widerstand entlang des Ladepfads. Zeitkonstante ist die Zeit, die der Kondensator benötigt, um 63% seiner maximalen Kapazität aufzuladen.

Eigenschaften von Kapazität und Anwendung

Kondensatoren reagieren nicht auf konstante Ströme. Beim Laden des Kondensators ändert sich der Strom durch, bis er vollständig aufgeladen ist, aber danach fließt der Strom nicht mehr am Kondensator entlang. Dies liegt daran, dass die dielektrische Schicht zwischen den Metallplatten den Kondensator zum "Ausschalter" macht. Der Kondensator reagiert jedoch auf unterschiedliche Ströme. Wie Wechselstrom könnte die Änderung der Wechselspannung einen Kondensator weiter aufladen oder entladen, wodurch er für Wechselspannungen einschaltend wird. Dieser Effekt wird zum Entwerfen von analogen Hochpassfiltern verwendet.

Darüber hinaus gibt es auch negative Auswirkungen auf die Kapazität. Wie bereits erwähnt, wird durch die stromführenden Ladungen in den Leitern die Kapazität zwischen benachbarten Objekten und benachbarten Objekten erhöht. Dieser Effekt wird als bezeichnet Streukapazität. In Stromübertragungsleitungen kann die Streukapazität zwischen jeder Leitung sowie zwischen den Leitungen und der Erde, Stützstrukturen usw. auftreten. Aufgrund der großen von ihnen getragenen Ströme beeinflusst dieser Streueffekt die Leistungsverluste in den Stromübertragungsleitungen erheblich.

Abbildung 02: Parallelplattenkondensator

 Was ist der Unterschied zwischen Induktivität und Kapazität??

Induktivität vs. Kapazität
Induktivität ist eine Eigenschaft stromführender Leiter, die ein magnetisches Feld um den Leiter herum erzeugt.	Kapazität ist die Fähigkeit eines Geräts, elektrische Ladungen zu speichern.
Messung
Die Induktivität wird von Henry (H) gemessen und als L symbolisiert.	Die Kapazität wird in Farad (F) gemessen und als C symbolisiert.
Geräte
Die der Induktivität zugeordnete elektrische Komponente ist als Induktoren bekannt, die üblicherweise mit einem Kern oder ohne Kern spulen.	Kapazität ist mit Kondensatoren verbunden. Es gibt verschiedene Arten von Kondensatoren, die in Schaltungen verwendet werden.
Verhalten bei Spannungsänderung
Induktoren sprechen auf sich langsam ändernde Spannungen an. Hochfrequente Wechselspannungen können keine Induktoren durchdringen.	Niederfrequente Wechselspannungen können keine Kondensatoren durchdringen, da sie für niedrige Frequenzen eine Barriere darstellen.
Als Filter verwenden
Die Induktivität ist die dominierende Komponente in Tiefpassfiltern.	Kapazität ist die dominierende Komponente in Hochpassfiltern.

Zusammenfassung - Induktivität gegen Kapazität

Induktivität und Kapazität sind unabhängige Eigenschaften zweier unterschiedlicher elektrischer Komponenten. Während die Induktivität eine Eigenschaft eines stromführenden Leiters ist, um ein Magnetfeld aufzubauen, ist die Kapazität ein Maß für die Fähigkeit einer Vorrichtung, elektrische Ladungen zu halten. Diese beiden Eigenschaften werden in verschiedenen Anwendungen als Basis verwendet. Dennoch werden diese auch hinsichtlich der Verlustleistung nachteilig. Die Reaktion der Induktivität und der Kapazität auf unterschiedliche Ströme zeigt ein entgegengesetztes Verhalten. Im Gegensatz zu Induktoren, die langsam wechselnde Wechselspannungen durchlassen, blockieren Kondensatoren langsam durchlaufende Spannungen. Dies ist der Unterschied zwischen Induktivität und Kapazität.

Referenz:
1. Sears, F.W. und Zemansky, M.W. (1964). Universitätsphysik.Chicago
2.Kapazität. (n.d.). Abgerufen am 30. Mai 2017 von http://www.physbot.co.uk/capacitance.html
3. elektromagnetische induktion. (2017, 03. Mai). Abgerufen am 30. Mai 2017 von https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_induction#Faraday.27s_law_of_induction_and_Lenz.27s_law

Bildhöflichkeit:
1. “Elektromagnetismus” Von Benutzer: Gesteuert - Bild: Elektromagnetismus.png (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
2. "Parallelplattenkondensator" Durch Induktionslast - eigene Zeichnung (Public Domain) via Commons Wikimedia