ความจุและความเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้า

ในแง่ของวงจรไฟฟ้า ความจุและความเหนี่ยวนำมีความสำคัญมาก เช่นเดียวกับความต้านทาน แต่ถ้าเราพูดถึงความต้านทานแบบแอคทีฟ เราหมายถึงแค่การแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนแบบเปลี่ยนกลับไม่ได้ จากนั้นตัวเหนี่ยวนำและความจุจะเกี่ยวข้องกับกระบวนการสะสมและการแปลงพลังงานไฟฟ้า ดังนั้นจึงเปิดโอกาสที่เป็นประโยชน์มากมายสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้า

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจร อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจะเคลื่อนที่จากจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าไปยังจุดที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า

สมมติว่ากระแสไหลผ่านตัวต้านทานแบบแอคทีฟ เช่น ไส้หลอดทังสเตนของหลอดไฟ เมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ผ่านทังสเตนโดยตรง พลังงานของกระแสนี้จะกระจายออกไปอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการชนกันบ่อยครั้งของตัวพากระแสกับโหนดของตาข่ายคริสตัลของโลหะ

สามารถวาดการเปรียบเทียบได้ที่นี่หินก้อนนั้นวางอยู่บนยอดเขาที่เป็นป่า ( ณ จุดที่มีศักยภาพสูง) แต่แล้วมันก็ถูกผลักออกจากด้านบนและกลิ้งลงสู่ที่ลุ่ม (จนถึงระดับที่ต่ำกว่า) ผ่านป่าผ่านพุ่มไม้ (ต้านทาน) เป็นต้น

เมื่อชนกับพืช หินจะสูญเสียพลังงานอย่างเป็นระบบ ถ่ายโอนไปยังพุ่มไม้และต้นไม้ในขณะที่ชนกับพวกมัน (ในทำนองเดียวกัน ความร้อนจะถูกกระจายไปพร้อมกับการต้านทานแบบแอคทีฟ) ดังนั้นความเร็วของมัน (ค่าปัจจุบัน) จึงถูกจำกัด และที่นั่น เป็นเพียงไม่มีเวลาที่จะเร่งอย่างถูกต้อง

ในการเปรียบเทียบของเรา หินคือกระแสไฟฟ้า อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ และต้นไม้ที่ขวางทางคือความต้านทานที่แอคทีฟของตัวนำ ความต่างของความสูง — ความต่างศักย์ไฟฟ้า

ความจุ

ความจุซึ่งแตกต่างจากความต้านทานแบบแอคทีฟคือลักษณะความสามารถของวงจรในการสะสมพลังงานไฟฟ้าในรูปของสนามไฟฟ้าสถิตย์

ไฟฟ้ากระแสตรงไม่สามารถไหลต่อไปได้เหมือนแต่ก่อนผ่านวงจรที่มีความจุไฟฟ้าจนเต็ม เมื่อความจุเต็มเท่านั้นที่พาหะประจุจะสามารถเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วเดิมที่กำหนดโดยความต่างศักย์และความต้านทานที่ใช้งานของวงจร

การเปรียบเทียบไฮดรอลิกด้วยภาพจะดีกว่าสำหรับการทำความเข้าใจที่นี่ ก๊อกน้ำเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายน้ำ (แหล่งพลังงาน) เปิดก๊อกน้ำและน้ำไหลออกมาด้วยแรงดันและตกลงบนพื้น ที่นี่ไม่มีความจุเพิ่มเติมการไหลของน้ำ (ค่าปัจจุบัน) คงที่และไม่มีเหตุผลที่จะทำให้น้ำช้าลงนั่นคือเพื่อลดความเร็วของการไหลของน้ำ

แต่ถ้าคุณวางกระบอกกว้างไว้ใต้ faucet (ในการเปรียบเทียบของเราเพิ่มตัวเก็บประจุตัวเก็บประจุลงในวงจร) ความกว้างของมันนั้นใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวฉีดน้ำมาก

ตอนนี้ถังบรรจุ (ภาชนะถูกชาร์จ, ประจุสะสมบนแผ่นของตัวเก็บประจุ, สนามไฟฟ้ามีความเข้มแข็งระหว่างแผ่นเปลือกโลก) แต่น้ำไม่ตกลงสู่พื้น เมื่อถังบรรจุน้ำจนเต็ม (ตัวเก็บประจุถูกชาร์จ) จากนั้นน้ำจะเริ่มไหลด้วยอัตราการไหลเท่ากันผ่านปลายถังลงสู่พื้น นี่คือบทบาทของตัวเก็บประจุหรือคอนเดนเซอร์

สามารถคว่ำถังได้หากต้องการสร้างแรงดันในเวลาสั้น ๆ มากกว่าจาก faucet เพียงอย่างเดียวหลายเท่า (ระบายคอนเดนเซอร์อย่างรวดเร็ว) แต่ปริมาณน้ำที่นำมาจากก๊อกจะไม่เพิ่มขึ้น

โดยการยกขึ้นแล้วคว่ำกระบอก (ชาร์จและคายประจุตัวเก็บประจุอย่างรวดเร็วเป็นเวลานาน) เราสามารถเปลี่ยนโหมดการใช้น้ำ (ประจุไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้า) เนื่องจากถังบรรจุน้ำอย่างช้า ๆ และเมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่งก็จะถึงขอบของมัน จึงกล่าวกันว่าเมื่อภาชนะบรรจุเต็ม กระแสจะนำไปสู่แรงดันไฟฟ้า (ในการเปรียบเทียบของเรา แรงดันไฟฟ้าคือความสูงที่ขอบของ faucet มีพวยกาตั้งอยู่)

ตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งแตกต่างจากความจุ เก็บพลังงานไฟฟ้าไม่อยู่นิ่ง แต่อยู่ในรูปแบบจลนศาสตร์

เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวดตัวเหนี่ยวนำ ประจุในนั้นจะไม่สะสมเหมือนในตัวเก็บประจุ มันยังคงเคลื่อนที่ต่อไปตามวงจร แต่สนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับกระแสจะแข็งแกร่งขึ้นรอบๆ ขดลวด ซึ่งการเหนี่ยวนำคือ เป็นสัดส่วนกับขนาดของกระแส

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากับขดลวด กระแสในขดลวดจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ สนามแม่เหล็กจะไม่เก็บพลังงานในทันที แต่จะค่อยๆ เกิดขึ้น และกระบวนการนี้ป้องกันการเร่งตัวพาประจุไฟฟ้า ดังนั้นในการเหนี่ยวนำกระแสจึงถูกกล่าวว่าล่าช้าของแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในที่สุด กระแสถึงค่าดังกล่าวซึ่งถูกจำกัดโดยความต้านทานที่ใช้งานของวงจรที่ต่อขดลวดนี้อยู่เท่านั้น

หากจุดใดจุดหนึ่งตัดการเชื่อมต่อขดลวด DC จากวงจรอย่างกระทันหัน กระแสจะไม่สามารถหยุดได้ทันที แต่จะเริ่มช้าลงอย่างรวดเร็ว และความต่างศักย์จะปรากฏขึ้นที่ขั้วของขดลวด ยิ่งเร็วเท่าไรก็จะยิ่งหยุดกระแสได้เร็วเท่านั้น นั่นคือสนามแม่เหล็กของกระแสนี้จะหายเร็วขึ้น...

การเปรียบเทียบแบบไฮดรอลิคมีความเหมาะสมที่นี่ ลองนึกภาพก๊อกน้ำที่มีลูกบอลยางที่ยืดหยุ่นสูงและอ่อนนุ่มอยู่ที่จุกหัดดื่ม

ที่ด้านล่างของลูกบอลคือท่อที่จำกัดแรงดันน้ำจากลูกบอลลงสู่พื้น หากก๊อกน้ำเปิดอยู่ ลูกบอลจะพองตัวค่อนข้างแรง และน้ำจะไหลผ่านท่อเป็นลำธารบางๆ แต่ด้วยความเร็วสูง ลูกบอลจะกระเด็นตกลงพื้น

ปริมาณการใช้น้ำไม่เปลี่ยนแปลง กระแสไหลผ่านตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ในขณะที่พลังงานสำรองในสนามแม่เหล็กมีมาก (บอลลูนพองตัวด้วยน้ำ) เมื่อน้ำเพิ่งเริ่มไหลจากก๊อก ลูกบอลจะพองขึ้น ในทำนองเดียวกัน ตัวเหนี่ยวนำจะเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็กเมื่อกระแสน้ำเริ่มเพิ่มขึ้น

หากตอนนี้เราปิดลูกบอลจาก faucet ให้เปิดจากด้านที่ต่อกับ faucet แล้วพลิกกลับ น้ำจากท่อจะสูงกว่าความสูงของ faucet มากเพราะ น้ำในลูกบอลที่พองตัวอยู่ภายใต้แรงกดดันตัวเหนี่ยวนำใช้ในลักษณะเดียวกัน ในบูสต์พัลส์คอนเวอร์เตอร์.