Sự khác biệt chính - Điện cảm và điện dung
Cảm kháng và điện dung là hai tính chất sơ cấp của đoạn mạch RLC. Cuộn cảm và tụ điện, tương ứng với độ tự cảm và điện dung, thường được sử dụng trong máy phát dạng sóng và bộ lọc tương tự. Sự khác biệt chính giữa điện cảm và điện dung là điện cảm là thuộc tính của vật dẫn mang dòng điện tạo ra từ trường xung quanh vật dẫn trong khi điện dung là thuộc tính của thiết bị để giữ và lưu trữ điện tích.
Điện cảm là gì?
Độ tự cảm là “thuộc tính của vật dẫn điện mà sự thay đổi dòng điện chạy qua nó tạo ra suất điện động trong vật dẫn điện”. Khi quấn một sợi dây đồng quanh lõi sắt và đặt hai mép của cuộn dây vào các cực của acquy thì cụm cuộn dây sẽ trở thành một nam châm. Hiện tượng này xảy ra do tính chất của điện cảm.
Các lý thuyết về điện cảm
Có một số lý thuyết mô tả hoạt động và tính chất của độ tự cảm của vật dẫn mang dòng điện. Một lý thuyết được phát minh bởi nhà vật lý, Hans Christian Ørsted, nói rằng một từ trường, B, được tạo ra xung quanh vật dẫn khi một dòng điện không đổi, I, chạy qua nó. Khi dòng điện thay đổi, từ trường cũng vậy. Định luật Ørsted được coi là phát hiện đầu tiên về mối quan hệ giữa điện và từ. Khi dòng điện chạy ra khỏi người quan sát, chiều của từ trường là chiều kim đồng hồ.
Hình 01: Luật Oersted
Theo định luật cảm ứng Faraday, một từ trường thay đổi tạo ra sức điện động (EMF) trong các vật dẫn gần đó. Sự thay đổi này của từ trường liên quan đến vật dẫn, tức là trường có thể thay đổi, hoặc vật dẫn có thể chuyển động trong một trường ổn định. Đây là cơ sở cơ bản nhất của máy phát điện.
Lý thuyết thứ ba là định luật Lenz, nói rằng EMF được tạo ra trong vật dẫn phản đối sự thay đổi của từ trường. Ví dụ, nếu một dây dẫn được đặt trong một từ trường và nếu từ trường giảm, một EMF sẽ được cảm ứng trong dây dẫn theo Định luật Faraday theo hướng mà dòng điện cảm ứng sẽ tái tạo lại từ trường đã giảm. Nếu sự thay đổi của từ trường bên ngoài d φ đang xây dựng, EMF (ε) sẽ cảm ứng theo hướng ngược lại. Những lý thuyết này đã được nền tảng cho nhiều thiết bị. Cảm ứng EMF này trong bản thân dây dẫn được gọi là tự cảm của cuộn dây và sự biến thiên của dòng điện trong cuộn dây cũng có thể tạo ra dòng điện trong một dây dẫn khác gần đó. Đây được gọi là điện cảm lẫn nhau.
ε=-dφ / dt
Ở đây, dấu âm chỉ ra sự phản đối của EMG đối với sự thay đổi của từ trường.
Đơn vị Điện cảm và Ứng dụng
Độ tự cảm được đo bằng Henry (H), đơn vị SI được đặt theo tên của Joseph Henry, người đã phát hiện ra cảm ứng một cách độc lập. Độ tự cảm được ghi là 'L' trong các mạch điện sau tên của Lenz.
Từ chuông điện cổ điển đến kỹ thuật truyền điện không dây hiện đại, cảm ứng đã là nguyên tắc cơ bản trong nhiều đổi mới. Như đã đề cập ở phần đầu của bài viết này, sự nhiễm từ của một cuộn dây đồng được sử dụng cho chuông điện và rơ le. Rơ le được sử dụng để chuyển đổi dòng điện lớn bằng cách sử dụng một dòng điện rất nhỏ để từ hóa một cuộn dây hút cực của một công tắc của dòng điện lớn. Một ví dụ khác là công tắc hành trình hoặc bộ ngắt mạch dòng dư (RCCB). Ở đó, dây sống và dây trung tính của nguồn cung cấp được đi qua các cuộn dây riêng biệt có chung lõi. Trong điều kiện bình thường, hệ thống được cân bằng vì dòng điện ở dòng điện và dòng điện trung tính là như nhau. Khi bị rò rỉ dòng điện trong mạch điện trong nhà, dòng điện trong hai cuộn dây sẽ khác nhau, tạo nên từ trường không cân bằng trong lõi dùng chung. Do đó, một cực chuyển mạch thu hút vào lõi, đột ngột ngắt mạch. Ngoài ra, có thể đưa ra một số ví dụ khác như máy biến áp, hệ thống RF-ID, phương pháp sạc điện không dây, bếp từ, v.v..
Cuộn cảm cũng miễn cưỡng với sự thay đổi đột ngột của dòng điện qua chúng. Do đó, tín hiệu tần số cao sẽ không đi qua cuộn cảm; chỉ các thành phần thay đổi chậm sẽ vượt qua. Hiện tượng này được sử dụng trong việc thiết kế các mạch lọc tương tự thông thấp.
Điện dung là gì?
Điện dung của một thiết bị đo khả năng giữ điện tích trong đó. Tụ điện cơ bản được cấu tạo bởi hai màng mỏng bằng vật liệu kim loại và vật liệu điện môi được kẹp giữa chúng. Khi đặt một hiệu điện thế không đổi vào hai tấm kim loại thì trên chúng sẽ tích các điện tích trái dấu. Các khoản phí này sẽ vẫn còn ngay cả khi điện áp được loại bỏ. Hơn nữa, khi đặt điện trở R nối hai bản tụ điện thì tụ điện phóng điện. Điện dung C của thiết bị được định nghĩa là tỷ số giữa điện tích (Q) mà nó giữ và điện áp đặt, v, để sạc nó. Điện dung được đo bằng Farads (F).
C=Q / v
Thời gian cần để tích điện cho tụ điện được đo bằng hằng số thời gian cho trong: R x C. Ở đây, R là điện trở dọc theo đường nạp. Hằng số thời gian là thời gian để tụ điện sạc được 63% dung lượng cực đại của nó.
Thuộc tính của Điện dung và Ứng dụng
Tụ điện không đáp ứng với dòng điện không đổi. Tại quá trình sạc tụ điện, dòng điện qua nó biến thiên cho đến khi nó được sạc đầy, nhưng sau đó, dòng điện không đi qua tụ điện. Điều này là do lớp điện môi giữa các tấm kim loại làm cho tụ điện trở thành một 'công tắc tắt'. Tuy nhiên, tụ điện phản ứng với các dòng điện khác nhau. Giống như dòng điện xoay chiều, sự thay đổi của điện áp xoay chiều có thể sạc hoặc phóng điện thêm tụ điện khiến nó trở thành 'công tắc bật' cho điện áp xoay chiều. Hiệu ứng này được sử dụng để thiết kế các bộ lọc tương tự thông cao.
Hơn nữa, điện dung cũng có những tác động tiêu cực. Như đã đề cập trước đó, các điện tích mang dòng điện trong vật dẫn làm cho điện dung giữa các vật thể gần nhau cũng như các vật ở gần nhau. Hiệu ứng này được gọi là điện dung đi lạc. Trong đường dây tải điện, điện dung lạc có thể xảy ra giữa mỗi đường dây cũng như giữa đường dây với đất, các công trình hỗ trợ, … Do dòng điện lớn mang theo, hiệu ứng đi lạc này ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng trong đường dây tải điện.
Hình 02: Tụ điện bản song song
Sự khác biệt giữa Điện cảm và Điện dung là gì?
Điện cảm so với Điện dung |
|
| Độ tự cảm là một thuộc tính của vật dẫn mang dòng điện tạo ra từ trường xung quanh vật dẫn. | Điện dung là khả năng lưu trữ điện tích của một thiết bị. |
| Đo lường | |
| Độ tự cảm được đo bằng Henry (H) và được ký hiệu là L. | Điện dung được đo bằng Farads (F) và được ký hiệu là C. |
| Thiết bị | |
| Thành phần điện liên quan đến điện cảm được gọi là cuộn cảm, thường cuộn dây có lõi hoặc không có lõi. | Điện dung gắn liền với tụ điện. Có một số loại tụ điện được sử dụng trong mạch. |
| Hành vi khi thay đổi điện áp | |
| Phản ứng của cuộn cảm đối với điện áp thay đổi chậm. Điện áp xoay chiều tần số cao không thể đi qua cuộn cảm. | Điện áp xoay chiều tần số thấp không thể đi qua tụ điện, vì chúng hoạt động như một rào cản đối với tần số thấp. |
| Sử dụng làm Bộ lọc | |
| Điện cảm là thành phần chiếm ưu thế trong các bộ lọc thông thấp. | Điện dung là thành phần chiếm ưu thế trong các bộ lọc thông cao. |
Tóm tắt - Điện cảm và Điện dung
Điện cảm và điện dung là các tính chất độc lập của hai thành phần điện khác nhau. Trong khi độ tự cảm là thuộc tính của vật dẫn dòng điện để tạo ra từ trường, thì điện dung là thước đo khả năng giữ điện tích của một thiết bị. Cả hai thuộc tính này đều được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau làm cơ sở. Tuy nhiên, những điều này trở thành một bất lợi cũng như tổn thất điện năng. Đáp ứng của điện cảm và điện dung đối với các dòng điện khác nhau cho thấy hành vi ngược lại. Không giống như cuộn cảm vượt qua điện áp xoay chiều thay đổi chậm, tụ điện chặn điện áp tần số chậm đi qua chúng. Đây là sự khác biệt giữa điện cảm và điện dung.
