Capacitancia e inductancia en circuitos eléctricos.

En términos de circuitos eléctricos, la capacitancia y la inductancia son muy importantes, tan importantes como la resistencia. Pero si hablamos de resistencia activa, nos referimos simplemente a la conversión irreversible de energía eléctrica en calor, entonces la inductancia y la capacitancia están relacionadas con los procesos de acumulación y conversión de energía eléctrica, por lo que abren muchas oportunidades prácticas útiles para la ingeniería eléctrica.

Cuando la corriente fluye a través del circuito, las partículas cargadas se mueven desde un lugar de mayor potencial eléctrico a un lugar de menor potencial.

Digamos que la corriente fluye a través de una resistencia activa, como el filamento de tungsteno de una lámpara. Como las partículas cargadas se mueven directamente a través del tungsteno, la energía de esta corriente se disipa continuamente debido a las frecuentes colisiones de los portadores de corriente con los nodos de la red cristalina del metal.

Aquí se puede trazar una analogía.La roca yacía en la cima de una montaña boscosa (en un punto de alto potencial), pero luego fue empujada desde la cima y rodó hacia las tierras bajas (a un nivel de menor potencial) a través del bosque, a través de arbustos (resistencia), etc.

Al chocar con las plantas, una piedra pierde sistemáticamente su energía, la transfiere a arbustos y árboles en el momento de la colisión con ellos (de manera similar, el calor se disipa con resistencia activa), por lo que su velocidad (valor actual) es limitada, y no simplemente no hay tiempo para acelerar correctamente.

En nuestra analogía, la piedra es una corriente eléctrica, partículas cargadas en movimiento, y las plantas en su camino son la resistencia activa de un conductor; diferencia de altura — la diferencia en los potenciales eléctricos.

Capacidad

La capacitancia, a diferencia de la resistencia activa, caracteriza la capacidad del circuito para acumular energía eléctrica en forma de campo eléctrico estático.

Una corriente continua no puede continuar fluyendo como antes a través de un circuito con una capacitancia hasta que esa capacitancia esté completamente llena. Solo cuando la capacidad esté llena, los portadores de carga podrán moverse más a su velocidad anterior determinada por la diferencia de potencial y la resistencia activa del circuito.

Una analogía hidráulica visual es mejor para entender aquí. El grifo de agua está conectado al suministro de agua (fuente de energía), el grifo está abierto y el agua sale con cierta presión y cae al suelo. Aquí no hay capacidad adicional, el flujo de agua (valor actual) es constante y no hay razón para ralentizar el agua, es decir, para reducir la velocidad de su flujo.

Pero, ¿qué sucede si coloca un barril ancho justo debajo del grifo (en nuestra analogía, agregue un condensador, un condensador al circuito), su ancho es mucho mayor que el diámetro del chorro de agua?

Ahora el barril está lleno (el contenedor está cargado, la carga se acumula en las placas del capacitor, el campo eléctrico se fortalece entre las placas), pero el agua no cae al suelo. Cuando el barril está lleno hasta el borde con agua (el condensador está cargado), solo entonces el agua comenzará a fluir a la misma velocidad a través de los extremos del barril hasta el suelo. Este es el papel de un condensador o condensador.

El barril se puede volcar si se desea, creando brevemente muchas veces más presión que con el grifo solo (drene rápidamente el condensador), pero la cantidad de agua extraída del grifo no aumentará.

Al levantar y luego invertir el barril (cargando y descargando rápidamente el capacitor durante mucho tiempo), podemos cambiar el modo de consumo de agua (carga eléctrica, energía eléctrica). Dado que el barril se llena lentamente con agua y su borde se alcanzará después de algún tiempo, se dice que cuando el recipiente está lleno, la corriente adelanta al voltaje (en nuestra analogía, el voltaje es la altura a la que el borde del grifo se encuentra el surtidor).

Inductancia

La inductancia, a diferencia de la capacitancia, almacena energía eléctrica no en forma estática sino cinética.

Cuando la corriente fluye a través de la bobina del inductor, la carga no se acumula como en el capacitor, continúa moviéndose a lo largo del circuito, pero alrededor de la bobina se fortalece el campo magnético asociado con la corriente, cuya inducción es proporcional a la magnitud de la corriente.

Cuando se aplica un voltaje eléctrico a la bobina, la corriente en la bobina se acumula lentamente, el campo magnético almacena energía no inmediatamente, sino gradualmente, y este proceso evita la aceleración de los portadores de carga. Por lo tanto, en la inductancia, se dice que la corriente se retrasa con respecto al voltaje. Eventualmente, sin embargo, la corriente alcanza un valor tal que está limitada solo por la resistencia activa del circuito en el que está conectada esta bobina.

Si una bobina de CC se desconecta repentinamente del circuito en algún punto, la corriente no podrá detenerse inmediatamente, pero comenzará a disminuir rápidamente y aparecerá una diferencia de potencial entre los terminales de la bobina, cuanto más rápido detenga la corriente, es decir, el campo magnético de esta corriente desaparece más rápido...

Una analogía hidráulica es apropiada aquí. Imagine un grifo de agua con una bola de goma muy elástica y suave en el pico.

En la parte inferior de la pelota hay un tubo que limita la presión del agua desde la pelota hasta el suelo. Si el grifo de agua está abierto, la bola se inflará con bastante fuerza y ​​el agua se precipitará a través del tubo en un chorro delgado, pero a alta velocidad, se estrellará contra el suelo con salpicaduras.

El consumo de agua no cambia. La corriente fluye a través de una gran inductancia, mientras que la reserva de energía en el campo magnético es grande (el globo se infla con agua). Cuando el agua comienza a fluir del grifo, la bola se infla, de manera similar, la inductancia almacena energía en el campo magnético cuando la corriente comienza a aumentar.

Si ahora cerramos la bola del grifo, la encendemos por el lado donde estaba conectado al grifo y le damos la vuelta, entonces el agua de la tubería puede alcanzar una altura mucho mayor que la altura del grifo, porque el agua en la pelota inflada está bajo presión.Los inductores se utilizan de la misma manera. en convertidores de pulso boost.