Điện dung và độ tự cảm trong mạch điện

Về mạch điện, điện dung và độ tự cảm rất quan trọng, cũng quan trọng như điện trở. Nhưng nếu chúng ta nói về điện trở hoạt động, chúng ta chỉ muốn nói đến sự chuyển đổi không thể đảo ngược của năng lượng điện thành nhiệt, thì điện cảm và điện dung có liên quan đến các quá trình tích lũy và chuyển đổi năng lượng điện, do đó chúng mở ra nhiều cơ hội thực tế hữu ích cho kỹ thuật điện.

Khi có dòng điện chạy qua mạch, các hạt mang điện chuyển động từ nơi có điện thế cao hơn đến nơi có điện thế thấp hơn.

Giả sử dòng điện chạy qua một điện trở đang hoạt động, chẳng hạn như dây tóc vonfram của đèn. Khi các hạt tích điện di chuyển trực tiếp qua vonfram, năng lượng của dòng điện này liên tục bị tiêu tán do sự va chạm thường xuyên của các hạt tải điện với các nút của mạng tinh thể kim loại.

Một sự tương tự có thể được rút ra ở đây.Tảng đá nằm trên đỉnh một ngọn núi nhiều cây cối (ở điểm có thế năng cao), nhưng sau đó nó bị đẩy khỏi đỉnh và lăn xuống vùng đất thấp (đến mức có thế năng thấp hơn) xuyên qua rừng, qua bụi rậm (điện trở), vân vân.

Khi va chạm với thực vật, hòn đá mất năng lượng một cách có hệ thống, chuyển nó sang bụi rậm và cây cối tại thời điểm va chạm với chúng (theo cách tương tự, nhiệt bị tiêu tán với lực cản chủ động), do đó tốc độ (giá trị hiện tại) của nó bị hạn chế, và ở đó đơn giản là không có thời gian để tăng tốc đúng cách.

Theo cách tương tự của chúng ta, hòn đá là một dòng điện, chuyển động các hạt tích điện và thực vật trên đường đi của nó là điện trở hoạt động của một dây dẫn; chênh lệch độ cao - sự khác biệt về điện thế.

Dung tích

Điện dung, không giống như điện trở hoạt động, đặc trưng cho khả năng tích lũy năng lượng điện của mạch dưới dạng điện trường tĩnh.

Dòng điện một chiều không thể tiếp tục chạy như trước qua một mạch có điện dung cho đến khi điện dung đó được lấp đầy hoàn toàn. Chỉ khi dung lượng đầy thì các hạt mang điện mới có thể di chuyển xa hơn với tốc độ trước đó của chúng được xác định bởi hiệu điện thế và điện trở hoạt động của mạch.

Một sự tương tự thủy lực trực quan là tốt hơn để hiểu ở đây. Vòi nước được kết nối với nguồn cấp nước (nguồn điện), vòi được mở ra và nước chảy ra với một áp suất nhất định và rơi xuống đất. Ở đây không có công suất bổ sung, lưu lượng nước (giá trị hiện tại) là không đổi và không có lý do gì để làm chậm nước, tức là giảm tốc độ dòng chảy của nó.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn đặt một cái thùng rộng ngay dưới vòi (tương tự như chúng ta, thêm một tụ điện, tụ điện vào mạch), chiều rộng của nó lớn hơn nhiều so với đường kính của tia nước.

Bây giờ thùng chứa đầy (thùng chứa được tích điện, điện tích tích tụ trên các bản của tụ điện, điện trường được tăng cường giữa các bản), nhưng nước không rơi xuống đất. Khi thùng được đổ đầy nước (tụ điện được tích điện), chỉ khi đó nước mới bắt đầu chảy với cùng tốc độ dòng chảy qua các đầu thùng xuống đất. Đây là vai trò của một tụ điện hoặc bình ngưng.

Có thể lật ngược thùng nếu muốn, trong thời gian ngắn sẽ tạo ra áp suất gấp nhiều lần so với chỉ từ vòi (thoát nhanh bình ngưng), nhưng lượng nước lấy từ vòi sẽ không tăng.

Bằng cách nâng và sau đó đảo ngược thùng (sạc và xả nhanh tụ điện trong một thời gian dài), chúng ta có thể thay đổi chế độ tiêu thụ nước (điện tích, năng lượng điện). Vì thùng được đổ đầy nước từ từ và sau một thời gian sẽ đạt đến mép của thùng, nên người ta nói rằng khi thùng được đổ đầy, dòng điện sẽ dẫn điện áp (theo cách tương tự của chúng ta, điện áp là độ cao mà mép của vòi vòi được đặt).

điện cảm

Điện cảm, không giống như điện dung, lưu trữ năng lượng điện không ở dạng tĩnh mà ở dạng động.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây của cuộn cảm, điện tích trong nó không tích tụ như trong tụ điện, nó tiếp tục chuyển động dọc theo mạch, nhưng xung quanh cuộn dây, từ trường liên quan đến dòng điện được tăng cường, cảm ứng từ là tỉ lệ thuận với độ lớn dòng điện.

Khi một điện áp được đặt vào cuộn dây, dòng điện trong cuộn dây tăng lên từ từ, từ trường tích trữ năng lượng không phải ngay lập tức mà dần dần và quá trình này ngăn cản sự tăng tốc của các hạt mang điện. Do đó, trong điện cảm, dòng điện được cho là trễ hơn điện áp. Tuy nhiên, cuối cùng, dòng điện đạt đến giá trị mà nó chỉ bị giới hạn bởi điện trở hoạt động của mạch trong đó cuộn dây này được kết nối.

Nếu một cuộn dây DC đột ngột bị ngắt khỏi mạch tại một thời điểm nào đó, dòng điện sẽ không thể dừng ngay lập tức mà sẽ bắt đầu chậm lại nhanh chóng và xuất hiện sự chênh lệch điện thế giữa các cực của cuộn dây, dòng điện dừng càng nhanh thì dòng điện càng nhanh. nghĩa là từ trường của dòng điện này biến mất nhanh hơn...

Một sự tương tự thủy lực là thích hợp ở đây. Hãy tưởng tượng một vòi nước với một quả bóng cao su mềm và đàn hồi cao trên vòi.

Dưới đáy quả bóng là một ống hạn chế áp lực nước từ quả bóng xuống đất. Nếu vòi nước mở, quả bóng sẽ phồng lên khá mạnh và nước sẽ chảy qua ống thành dòng loãng, nhưng với tốc độ cao, nó sẽ rơi xuống đất bắn tung tóe.

Lượng nước tiêu thụ không thay đổi. Dòng điện chạy qua cuộn cảm lớn, đồng thời năng lượng dự trữ trong từ trường lớn (quả bóng được bơm căng bằng nước). Khi nước mới bắt đầu chảy ra từ vòi, quả bóng sẽ phồng lên, tương tự, hiện tượng tự cảm tích trữ năng lượng trong từ trường khi dòng điện bắt đầu tăng.

Nếu bây giờ chúng ta tắt bóng từ vòi, bật nó từ phía kết nối với vòi và lật ngược lại, thì nước từ đường ống có thể đạt chiều cao cao hơn nhiều so với chiều cao của vòi, bởi vì nước trong quả bóng căng phồng chịu áp lực.Cuộn cảm được sử dụng theo cùng một cách trong bộ biến đổi xung boost.