Anahtar Fark – Endüktans ve Kapasitans
Endüktans ve kapasitans, RLC devrelerinin temel özelliklerinden ikisidir. Sırasıyla endüktans ve kapasitans ile ilişkili olan indüktörler ve kapasitörler, dalga formu üreteçlerinde ve analog filtrelerde yaygın olarak kullanılır. Endüktans ve kapasitans arasındaki temel fark, endüktansın, iletken çevresinde manyetik alan oluşturan akım taşıyan bir iletkenin özelliğiyken kapasitans, elektrik yüklerini tutmak ve depolamak için bir aygıtın özelliğidir.
Endüktans nedir?
Endüktans, "bir elektrik iletkeninin, içinden geçen akımdaki bir değişikliğin iletkenin kendisinde bir elektromotor kuvveti indüklediği özelliğidir". Bir bakır tel bir demir çekirdeğin etrafına sarıldığında ve bobinin iki kenarı pil terminallerine yerleştirildiğinde, bobin tertibatı bir mıknatıs olur. Bu fenomen, endüktansın özelliği nedeniyle oluşur.
Endüktans Teorileri
Akım taşıyan bir iletkenin endüktansının davranışını ve özelliklerini tanımlayan birkaç teori vardır. Fizikçi Hans Christian Ørsted tarafından icat edilen bir teori, iletkenin etrafında sabit bir akım, I, geçtiğinde bir manyetik alan, B'nin oluştuğunu belirtir. Akım değiştikçe manyetik alan da değişir. Ørsted yasası, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkinin ilk keşfi olarak kabul edilir. Akım gözlemciden uzaklaştığında, manyetik alanın yönü saat yönündedir.
Şekil 01: Oersted Yasası
Faraday'ın indüksiyon yasasına göre, değişen bir manyetik alan yakındaki iletkenlerde bir elektromotor kuvveti (EMF) indükler. Manyetik alanın bu değişimi iletkene göredir, yani ya alan değişebilir ya da iletken sabit bir alanda hareket edebilir. Bu, elektrik jeneratörlerinin en temel temelidir.
Üçüncü teori, iletkende üretilen EMF'nin manyetik alan değişikliğine karşı olduğunu belirten Lenz yasasıdır. Örneğin, iletken bir tel bir manyetik alana yerleştirilirse ve alan az altılırsa, Faraday Yasasına göre iletkende, indüklenen akımın az altılmış manyetik alanı yeniden oluşturacağı bir yönde bir EMF indüklenecektir. Dış manyetik alan d φ'nin değişimi oluşuyorsa, EMF (ε) ters yönde indüklenecektir. Bu teoriler birçok cihaza zemin hazırladı. İletkenin kendisindeki bu EMF indüksiyonu, bobinin kendi kendine endüktansı olarak adlandırılır ve bir bobindeki akımın değişimi, yakındaki başka bir iletkende de bir akımı indükleyebilir. Buna karşılıklı endüktans denir.
ε=-dφ/dt
Burada, negatif işaret, EMG'nin manyetik alan değişikliğine karşıtlığını gösterir.
Endüktans ve Uygulama Birimleri
Endüktans, indüksiyonu bağımsız olarak keşfeden Joseph Henry'nin adını taşıyan SI birimi Henry (H) ile ölçülür. Endüktans, elektrik devrelerinde Lenz adından sonra 'L' olarak belirtilir.
Klasik elektrikli zilden modern kablosuz güç aktarma tekniklerine kadar birçok yenilikte endüksiyon temel ilke olmuştur. Bu makalenin başında belirtildiği gibi, elektrik zilleri ve röleler için bakır bobinin manyetizasyonu kullanılır. Büyük akımın bir anahtarının bir kutbunu çeken bir bobini mıknatıslayan çok küçük bir akım kullanarak büyük akımları değiştirmek için bir röle kullanılır. Başka bir örnek, açma anahtarı veya artık akım devre kesicisidir (RCCB). Orada, beslemenin canlı ve nötr kabloları, aynı çekirdeği paylaşan ayrı bobinlerden geçirilir. Normal bir durumda, canlı ve nötrdeki akım aynı olduğu için sistem dengelidir. Ev devresindeki bir akım kaçağında, iki bobindeki akım farklı olacak ve paylaşılan çekirdekte dengesiz bir manyetik alan oluşturacaktır. Böylece, bir anahtar direği çekirdeğe çekerek devreyi aniden keser. Ayrıca trafo, RF-ID sistemi, kablosuz şarj yöntemi, indüksiyon ocakları vb. daha bir çok örnek verilebilir.
İndüktörler ayrıca içlerinden geçen ani akım değişikliklerine karşı isteksizdir. Bu nedenle, yüksek frekanslı bir sinyal bir indüktörden geçmeyecektir; sadece yavaş değişen bileşenler geçerdi. Bu fenomen, düşük geçişli analog filtre devrelerinin tasarımında kullanılır.
Kapasitans nedir?
Bir cihazın kapasitansı, içinde elektrik yükü tutma yeteneğini ölçer. Temel bir kapasitör, iki ince metalik malzeme filminden ve bunların arasına sıkıştırılmış bir dielektrik malzemeden oluşur. İki metal plakaya sabit bir voltaj uygulandığında, üzerlerinde zıt yükler depolanır. Gerilim kaldırılsa bile bu yükler kalacaktır. Ayrıca, yüklü kapasitörün iki plakasını birbirine bağlayan R direnci yerleştirildiğinde, kapasitör boşalır. Cihazın kapasitansı C, tuttuğu yük (Q) ile onu şarj etmek için uygulanan voltaj, v arasındaki oran olarak tanımlanır. Kapasitans Farads (F) ile ölçülür.
C=Q/v
Kondansatörü şarj etmek için geçen süre, burada verilen zaman sabiti ile ölçülür: R x C. Burada R, şarj yolu boyunca dirençtir. Zaman sabiti, kapasitörün maksimum kapasitesinin %63'ünü şarj etmesi için geçen süredir.
Kapasitans ve Uygulama Özellikleri
Kapasitörler sabit akımlara tepki vermez. Kapasitörün şarj edilmesinde, içinden geçen akım tamamen şarj olana kadar değişir, ancak bundan sonra akım kapasitörden geçmez. Bunun nedeni, metal plakalar arasındaki dielektrik tabakanın kapasitörü bir "kapalı anahtar" yapmasıdır. Bununla birlikte, kapasitör değişen akımlara tepki verir. Alternatif akım gibi, AC voltajının değişimi, bir kondansatörü daha fazla şarj edebilir veya boş altabilir ve bu da onu AC voltajları için bir "anahtar açık" yapar. Bu efekt, yüksek geçişli analog filtreler tasarlamak için kullanılır.
Ayrıca, kapasitansta da olumsuz etkiler vardır. Daha önce de belirtildiği gibi, iletkenlerde akım taşıyan yükler, hem kendi aralarında hem de yakındaki nesneler arasında kapasitans yapar. Bu etkiye kaçak kapasitans denir. Enerji nakil hatlarında, hatlar ile toprak, taşıyıcı yapılar vb. arasında olduğu gibi hatlar arasında da kaçak kapasitans oluşabilir. Taşıdıkları büyük akımlar nedeniyle bu kaçak etkisi enerji nakil hatlarındaki güç kayıplarını önemli ölçüde etkiler.
Şekil 02: Paralel plakalı kondansatör
Endüktans ve Kapasitans arasındaki fark nedir?
Endüktans ve Kapasitans |
|
| İndüktans, iletken çevresinde bir manyetik alan oluşturan akım taşıyan iletkenlerin bir özelliğidir. | Kapasitans, bir cihazın elektrik yüklerini depolama yeteneğidir. |
| Ölçüm | |
| Endüktans Henry (H) ile ölçülür ve L olarak sembolize edilir. | Kapasitans Farads (F) cinsinden ölçülür ve C ile sembolize edilir. |
| Cihazlar | |
| İndüktansla ilişkili elektrik bileşeni, genellikle çekirdekli veya çekirdeksiz sargı yapan indüktörler olarak bilinir. | Kapasitans, kapasitörlerle ilişkilidir. Devrelerde kullanılan çeşitli kapasitör türleri vardır. |
| Voltaj Değişiminde Davranış | |
| İndüktörlerin yavaş değişen voltajlara tepkisi. Yüksek frekanslı AC voltajları indüktörlerden geçemez. | Düşük frekanslı AC voltajlar, düşük frekanslara engel teşkil ettikleri için kapasitörlerden geçemez. |
| Filtre Olarak Kullan | |
| Endüktans, alçak geçiren filtrelerde baskın bileşendir. | Kapasitans, yüksek geçiren filtrelerde baskın bileşendir. |
Özet – Endüktans ve Kapasitans
Endüktans ve kapasitans, iki farklı elektrik bileşeninin bağımsız özellikleridir. Endüktans, bir manyetik alan oluşturmak için akım taşıyan bir iletkenin özelliği iken, kapasitans, bir cihazın elektrik yüklerini tutma yeteneğinin bir ölçüsüdür. Bu özelliklerin her ikisi de çeşitli uygulamalarda temel olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, bunlar güç kayıpları açısından da bir dezavantaj haline gelmektedir. Endüktans ve kapasitansın değişen akımlara tepkisi zıt davranışı gösterir. Yavaş değişen AC voltajlarını geçiren indüktörlerin aksine, kapasitörler, içinden geçen yavaş frekanslı voltajları engeller. Bu, endüktans ve kapasitans arasındaki farktır.
