Tiga Parameter Asas-Rintangan, Kearuhan dan Kapasitans

Perintang (R), induktor (L) dan kapasitor (C) adalah tiga komponen utama dan parameter teras dalam semua litar. Tiada litar elektrik boleh beroperasi tanpa sekurang-kurangnya satu daripadanya.Perlu diperhatikan bahawa elemen litar yang ideal adalah berbeza daripada komponen fizikal sebenar. Elemen litar ialah model ideal yang dipermudahkan yang direka untuk mewakili ciri elektrik tertentu bagi peranti fizikal. Ringkasnya, simbol piawai digunakan dalam gambar rajah litar untuk mencerminkan sifat elektrik peralatan dan komponen sebenar. Sebagai contoh, peranti pemanasan seperti beban perintang, relau elektrik dan rod pemanas semuanya boleh diwakili oleh model elemen rintangan dalam analisis litar.

 

Walaupun begitu, peranti elektrik tertentu tidak boleh dimodelkan oleh satu elemen litar sahaja. Penggulungan motor berfungsi sebagai contoh biasa. Pada asasnya struktur gegelung, belitan boleh diwakili oleh induktor. Walau bagaimanapun, mereka juga datang dengan rintangan yang wujud. Atas sebab ini, perintang mesti ditambah untuk mencerminkan sifat rintangan ini. Sehubungan itu, apabila membina model litar untuk belitan motor, ia dinyatakan sebagai gabungan siri rintangan dan induktansi.

 

Rintangan adalah parameter elektrik yang paling mudah dan paling intuitif. Selaras dengan Hukum Ohm, formula pengiraannya ialah (R=U/I). Dalam litar, rintangan bertindak sebagai penghalang kepada aliran arus. Semakin tinggi nilai rintangan, semakin kuat perencatannya terhadap arus elektrik. Oleh kerana ciri-ciri rintangan adalah agak mudah, kami akan meneruskan untuk menghuraikan kearuhan dan kemuatan.

 

1. Apakah Kearuhan dan Kapasitans?

Seperti yang dinyatakan di atas, kearuhan dan kapasitansi, seperti rintangan, adalah parameter dan komponen litar penting, tetapi mereka menggunakan unit pengukuran yang berbeza.

 

Kearuhan dilambangkan dengan hurufL, dengan unit henry (H). Ia mentakrifkan keupayaan gegelung untuk menjana medan magnet. Dengan kata lain, apabila arus masukan kekal malar, gegelung dengan kearuhan yang lebih besar akan menghasilkan medan magnet yang lebih kuat. Sebagai perbandingan, rintangan mencirikan penentangan komponen terhadap arus. Di bawah voltan tetap, rintangan yang lebih tinggi membawa kepada arus operasi yang lebih rendah.

 

Kapasitansi ditandakan dengan hurufC, diukur dalam farad (F). Ia menerangkan keupayaan kapasitor untuk menyimpan cas elektrik dan tenaga elektrik. Dengan voltan yang digunakan malar, kapasitor dengan kapasitansi yang lebih besar boleh menyimpan lebih banyak tenaga elektrik.

 

Begitu juga, komponen induktif juga mempunyai keupayaan penyimpanan tenaga. Medan magnet yang lebih kuat membawa tenaga magnet yang lebih besar. Memandangkan medan magnet mengandungi tenaga, ia boleh mengenakan daya mekanikal pada magnet berdekatan dan melakukan kerja padanya.

 

2. Hubungan Antara Kearuhan, Kapasitans dan Rintangan

Pada dasarnya, induktansi dan kapasitansi tidak mempunyai korelasi yang wujud dengan rintangan, dan unit pengukurannya adalah bebas sepenuhnya. Perbezaan ini, bagaimanapun, menjadi menonjol dalam litar arus ulang alik (AC).

 

Dalam litar arus terus (DC), induktor berfungsi sebagai litar pintas, manakala kapasitor bertindak sebagai litar terbuka. Dalam litar AC, walau bagaimanapun, kedua-dua induktor dan kapasitor menjana frekuensi-pelawanan bergantung kepada arus. Kesan pengehad semasa-ini tidak dipanggil rintangan, tetapi reaktans, diwakili oleh simbol X. Pembangkang reaktif yang dihasilkan oleh induktor ditakrifkan sebagai reaktans induktif ((XL)), dan yang dihasilkan oleh kapasitor ialah reaktans kapasitif ((XC)).

 

Kedua-dua reaktans induktif dan kapasitif berkongsi unit yang sama seperti rintangan: ohm. Ketiga-tiga kuantiti menghalang aliran arus dalam litar. Perbezaan utama terletak pada pergantungan frekuensi: rintangan kekal malar tanpa mengira frekuensi, manakala reaktans induktif dan kapasitif berubah apabila frekuensi turun naik. Pada asasnya, reaktans dalam litar AC timbul daripada variasi tenaga berterusan yang disebabkan oleh perubahan voltan dan arus.

 

Bagi induktor, arus turun naik membawa kepada perubahan berterusan dalam medan magnet dan tenaga tersimpannya. Mengikut undang-undang aruhan elektromagnet, medan magnet teraruh sentiasa menentang perubahan dalam medan magnet asal. Apabila kekerapan operasi meningkat, kesan balas ini bertambah kuat, menghasilkan tindak balas induktif yang lebih tinggi.

 

Apabila voltan merentasi kapasitor berubah-ubah, cas elektrik pada platnya berubah dengan sewajarnya. Lebih cepat perubahan voltan, lebih cepat dan lebih sengit cas bergerak antara plat. Aliran terarah cas elektrik adalah betul-betul arus elektrik. Ringkasnya, variasi voltan yang lebih pantas menghasilkan arus kapasitif yang lebih besar, yang bermaksud perencatan arus yang lebih lemah oleh kapasitor dan reaktans kapasitif yang lebih rendah.

 

Untuk membuat kesimpulan, reaktans induktif adalah berkadar terus dengan frekuensi, manakala reaktans kapasitif adalah berkadar songsang dengan frekuensi.

 

3. Perbezaan Kuasa Antara Kearuhan, Kapasitans dan Rintangan

Elemen rintangan menggunakan kuasa secara berterusan dalam kedua-dua litar DC dan AC, di mana voltan dan arus kekal sempurna dalam fasa. Rajah lengkung di bawah menggambarkan ciri voltan, arus dan kuasa bagi perintang dalam litar AC. Seperti yang ditunjukkan dalam graf, kuasa perintang sentiasa lebih besar daripada atau sama dengan sifar, menunjukkan bahawa perintang sentiasa menyerap dan menggunakan tenaga elektrik.

 

 

Dalam litar AC, kuasa yang dilesapkan oleh perintang dirujuk sebagai kuasa purata, atau lebih biasa, kuasa aktif, dilambangkan dengan huruf besar P. Kuasa aktif secara eksklusif mencerminkan penggunaan tenaga komponen elektrik. Untuk mana-mana peranti yang menggunakan elektrik, kuasa aktif mengukur magnitud dan kadar kehilangan tenaganya.

 

Sebaliknya, induktor dan kapasitor tidak menggunakan tenaga elektrik bersih. Mereka hanya menyimpan dan membebaskan tenaga secara kitaran. Induktor menyerap tenaga elektrik dan menukarkannya kepada tenaga medan magnet, kemudian melepaskan tenaga magnet yang tersimpan kembali kepada tenaga elektrik dalam kitaran berulang. Begitu juga, kapasitor menukar tenaga elektrik yang masuk kepada tenaga medan elektrik, dan kemudiannya melepaskan tenaga ini kembali ke litar dalam bentuk elektrik.

Pertukaran tenaga kitaran ini antara komponen dan bekalan kuasa tidak melibatkan penggunaan tenaga sebenar, jadi ia tidak boleh dikira dengan kuasa aktif. Untuk menentukan bentuk pertukaran kuasa khas ini, ahli fizik memperkenalkan konsep kuasa reaktif, yang diwakili oleh huruf besar Q.

 

Kedua-dua kuasa aktif dan kuasa reaktif terletak di bawah takrifan "kuasa", yang menerangkan kadar pemindahan atau penukaran tenaga. Kuasa aktif mencerminkan betapa pantas perintang menggunakan tenaga elektrik. Sebagai contoh, mentol lampu 100 watt menggunakan tenaga dua kali lebih cepat daripada mentol 50 watt.

Kuasa reaktif, sebaliknya, mengukur kadar pertukaran tenaga kitaran antara komponen induktif/kapasitif dan grid kuasa. Adalah penting untuk menekankan istilah pertukaran tenaga. Kuasa reaktif yang lebih tinggi bermakna induktor dan kapasitor menarik lebih banyak tenaga berselang-seli daripada bekalan kuasa, walaupun tenaga ini hanya digunakan untuk penyimpanan dan pelepasan berkala, dan bukannya digunakan.