電気回路における静電容量とインダクタンス

電気回路の観点からは、抵抗と同様に静電容量とインダクタンスが非常に重要です。しかし、能動抵抗について話す場合、単に電気エネルギーから熱への不可逆変換を意味し、インダクタンスとキャパシタンスは電気エネルギーの蓄積と変換のプロセスに関連するため、電気工学に多くの有用な実践的な機会をもたらします。

回路に電流が流れると、荷電粒子は電位の高い場所から電位の低い場所に移動します。

電流がランプのタングステン フィラメントなどのアクティブ抵抗を通って流れるとします。荷電粒子がタングステン中を直接移動すると、電流キャリアが金属の結晶格子のノードと頻繁に衝突するため、この電流のエネルギーは継続的に消散します。

ここで類推することができます。岩は樹木が生い茂った山の頂上（潜在力の高い地点）に横たわっていましたが、その後、頂上から押し落とされて、森を通って、藪（抵抗）を通って、低地（潜在力の低いレベルまで）に転がり落ちました。等

植物に衝突すると、石は系統的にエネルギーを失い、衝突の瞬間にエネルギーを茂みや木に伝達します（同様に、熱は能動的な抵抗によって放散されます）。そのため、その速度（電流値）は制限されており、適切に加速する時間はありません。

私たちのたとえでは、石は電流、移動する荷電粒子であり、その経路にある植物は導体の能動抵抗です。高低差 - 電位差。

容量

静電容量は、能動抵抗とは異なり、静電場の形で電気エネルギーを蓄積する回路の能力を特徴付けます。

直流電流は、容量が完全に満たされるまで、容量のある回路に以前のように流れ続けることはできません。容量がいっぱいになった場合にのみ、電荷キャリアは電位差と回路のアクティブ抵抗によって決まる以前の速度でさらに移動できます。

ここでは、視覚的に水力学的に例えた方が理解しやすいです。水道の蛇口を水道（電源）に接続し、蛇口を開けると一定の圧力で水が流れ出し、地面に落ちます。ここでは追加の容量はなく、水の流れ（電流値）は一定であり、水を遅くする、つまり流れの速度を下げる理由はありません。

しかし、蛇口のすぐ下に幅の広いバレルを置くとどうなるでしょうか (私たちの例えで言えば、回路にコンデンサーを追加します)、その幅はウォータージェットの直径よりもはるかに大きくなります。

これでバレルは満たされます（容器が充電され、電荷がコンデンサのプレートに蓄積し、プレート間の電場が強化されます）が、水は地面に落ちません。樽が水で満たされると（コンデンサーが充電される）、そのとき初めて水は同じ流量で樽の端を通って地面に流れ始めます。これはコンデンサまたはコンデンサの役割です。

必要に応じてバレルをひっくり返し、蛇口のみからの圧力よりも数倍の圧力を一時的に発生させることができますが（凝縮器からすぐに水を抜きます）、蛇口から取られる水の量は増加しません。

バレルを持ち上げて反転する（長時間にわたるコンデンサの充電と急速放電）ことにより、水の消費モード（電荷、電気エネルギー）を変更できます。樽にはゆっくりと水が満たされ、しばらくするとその端に達するため、容器が満たされると、電流が電圧よりも進むと言われています（私たちの類推では、電圧は蛇口の端が高くなる高さです）注ぎ口はあります）。

インダクタンス

インダクタンスは、キャパシタンスとは異なり、電気エネルギーを静的ではなく動的な形で蓄積します。

電流がインダクタのコイルを流れるとき、その中の電荷はコンデンサのように蓄積されず、回路に沿って移動し続けますが、コイルの周りでは電流に関連する磁場が強化され、その誘導が発生します。電流の大きさに比例します。

コイルに電圧が印加されると、コイル内の電流がゆっくりと増加し、磁場はすぐにではなく徐々にエネルギーを蓄積します。このプロセスにより、電荷キャリアの加速が妨げられます。したがって、インダクタンスでは、電流は電圧に遅れると言われます。ただし、最終的には、電流は、このコイルが接続されている回路のアクティブ抵抗によってのみ制限される値に達します。

ある時点で DC コイルが回路から突然切り離された場合、電流はすぐには止まりませんが、急速に減速し始め、コイル端子間に電位差が生じます。より速く電流を止めるほど、電流は速く止まります。つまり、この電流の磁場はより早く消えます...

ここでは水力学的例えが適切です。吐水口に弾力性の高い柔らかいゴムのボールがついた水栓を想像してみてください。

ボールの底には、ボールから地面への水圧を制限するチューブがあります。水道の蛇口が開いていると、ボールがかなり強く膨らみ、水が管の中を細い流れで勢いよく流れていきますが、高速になると水しぶきをあげて地面に激突します。

水の消費量は変わりません。電流は大きなインダクタンスを通って流れますが、磁場のエネルギー貯蔵量は大きくなります (風船は水で膨らんでいます)。蛇口から水が流れ始めると、ボールが膨張します。同様に、電流が増加し始めると、インダクタンスが磁界にエネルギーを蓄えます。

ここで、蛇口からボールを​​止め、蛇口に接続されている側からボールを​​オンにし、ひっくり返すと、パイプからの水は蛇口の高さよりもはるかに高い高さに達する可能性があります。膨張したボール内の水には圧力がかかります。インダクタも同様に使用されます 昇圧パルスコンバータ内.