Mahtuvus ja induktiivsus elektriahelates

Elektriahelate puhul on mahtuvus ja induktiivsus väga olulised, sama olulised kui takistus. Aga kui me räägime aktiivtakistusest, siis peame silmas lihtsalt elektrienergia pöördumatut muundamist soojuseks, siis induktiivsus ja mahtuvus on seotud elektrienergia akumuleerumise ja muundamise protsessidega, seetõttu avavad need elektrotehnikale palju kasulikke praktilisi võimalusi.

Kui vooluring läbib voolu, liiguvad laetud osakesed kõrgema elektripotentsiaaliga kohast madalama potentsiaaliga kohta.

Oletame, et vool voolab läbi aktiivse takistuse, näiteks lambi volframhõõgniidi. Kuna laetud osakesed liiguvad otse läbi volframi, hajub selle voolu energia pidevalt voolukandjate sagedaste kokkupõrgete tõttu metalli kristallvõre sõlmedega.

Siin võib tuua analoogia.Rahn lebas metsase mäe otsas (kõrge potentsiaaliga punktis), kuid seejärel lükati see tipust maha ja veeres läbi metsa, läbi põõsaste (vastupanu) madalikule (madalama potentsiaali tasemele), jne.

Taimedega kokkupõrkel kaotab kivi süstemaatiliselt oma energiat, kandes selle nendega kokkupõrke hetkel üle põõsastele ja puudele (sarnaselt hajub soojus aktiivse takistusega), mistõttu on selle kiirus (vooluväärtus) piiratud ja lihtsalt pole aega korralikult kiirendada.

Meie analoogia kohaselt on kivi elektrivool, mis liigutab laetud osakesi ja taimed selle teel on juhi aktiivne takistus; kõrguste vahe — elektripotentsiaalide erinevus.

Mahutavus

Mahtuvus, erinevalt aktiivtakistusest, iseloomustab ahela võimet akumuleerida elektrienergiat staatilise elektrivälja kujul.

Alalisvool ei saa jätkata nagu varem läbi mahtuvusega ahela enne, kui see mahtuvus on täielikult täidetud. Ainult siis, kui võimsus on täis, saavad laengukandjad edasi liikuda oma varasema kiirusega, mis on määratud vooluahela potentsiaalide erinevuse ja aktiivtakistusega.

Siin on mõistmiseks parem visuaalne hüdrauliline analoogia. Veekraan ühendatakse veevarustusega (vooluallikaga), kraan avatakse ning vesi voolab teatud rõhuga välja ja langeb maapinnale. Siin ei ole lisavõimsust, vee vooluhulk (praegune väärtus) on konstantne ja pole põhjust vett aeglustada, st selle voolu kiirust vähendada.

Aga mis siis, kui panete otse segisti alla laia tünni (meie analoogia kohaselt lisage ahelasse kondensaator, kondensaator), selle laius on palju suurem kui veejoa läbimõõt.

Nüüd on tünn täidetud (anum on laetud, laeng koguneb kondensaatori plaatidele, plaatide vahel tugevneb elektriväli), kuid vesi ei lange maasse. Kui tünn on ääreni veega täidetud (kondensaator on laetud), siis alles siis hakkab vesi voolama sama voolukiirusega läbi tünni otste maapinnale. See on kondensaatori või kondensaatori roll.

Tünni saab soovi korral ümber lükata, tekitades korraks kordades suurema surve kui ainult segistist (tühjendage kondensaator kiiresti), kuid kraanist võetava vee kogus ei suurene.

Tünni tõstes ja seejärel ümber pöörates (kondensaatorit pikka aega laadides ja kiiresti tühjendades) saame muuta veetarbimise režiimi (elektrilaeng, elektrienergia). Kuna tünn täitub aeglaselt veega ja selle servani jõutakse mõne aja pärast, siis öeldakse, et anuma täitmisel juhib pinget vool (meie analoogia kohaselt on pinge kraani serva kõrgus tila asub).

Induktiivsus

Induktiivsus, erinevalt mahtuvusest, salvestab elektrienergiat mitte staatilisel, vaid kineetilisel kujul.

Kui vool liigub läbi induktiivpooli mähise, ei kogune selles laeng nagu kondensaatoris, see jätkab liikumist mööda ahelat, kuid mähise ümber tugevneb vooluga seotud magnetväli, mille induktsioon on võrdeline voolu tugevusega.

Kui poolile rakendatakse elektripinget, tekib mähises vool aeglaselt, magnetväli salvestab energiat mitte kohe, vaid järk-järgult ning see protsess takistab laengukandjate kiirenemist. Seetõttu öeldakse, et induktiivsuse korral jääb vool pingest maha. Lõpuks saavutab vool siiski sellise väärtuse, et seda piirab ainult selle ahela aktiivne takistus, kuhu see mähis on ühendatud.

Kui alalisvoolu mähis mingil hetkel vooluahelast ootamatult lahti ühendatakse, ei saa vool kohe seiskuda, vaid hakkab kiiresti aeglustuma ja pooli klemmide vahel tekib potentsiaalide erinevus, mida kiiremini, seda kiiremini see voolu peatab, ehk selle voolu magnetväli kaob kiiremini...

Siin sobib hüdrauliline analoogia. Kujutage ette veekraani, mille tilal on väga elastsest ja pehmest kummist kuul.

Palli põhjas on toru, mis piirab veesurvet pallilt maapinnale. Kui veekraan on lahti, paisub pall üsna tugevalt täis ja vesi kihutab õhukese joana läbi toru, suurel kiirusel aga põrkab see pritsmetega vastu maad.

Veekulu on muutumatu. Vool liigub läbi suure induktiivsuse, samas kui energiavaru magnetväljas on suur (balloon täidetakse veega). Kui vesi just kraanist voolama hakkab, paisub pall täis, samamoodi salvestab induktiivsus energiat magnetvälja, kui vool hakkab kasvama.

Kui nüüd pall kraanist kinni keerata, keerata sisse sellest küljest, kus see oli kraaniga ühendatud ja ümber keerata, siis võib vesi torust jõuda palju kõrgemale kui kraani kõrgus, sest täispuhutud kuulis olev vesi on rõhu all.Induktoreid kasutatakse samamoodi võimendusimpulsi muundurites.