Это мой способ визуализации концепции индуктивности и конденсатора. Способ состоит в том, чтобы визуализировать потенциальную энергию и кинетическую энергию, и понять взаимодействие между этими двумя формами энергии.
- Конденсатор аналогичен пружинному, и
- Индуктор аналогичен водяному колесу.
Теперь посмотрим на сравнения. Энергия весны - , тогда как энергия конденсатора равна112kx2. Итак, емкостьCаналогична постоянной пружины,k. Емкостное напряжение,В, аналогично смещению пружины,х12CV2CkVx . Электрическое поле на емкости аналогично силе, создаваемой на пружине. То, что происходит, - то, что кинетическая энергия электронов сохранена в конденсаторе как потенциальная энергия. Результирующая разность потенциальной энергии - это напряжение, которое является своего рода давлением в форме электрического поля. Таким образом, конденсатор всегда отталкивает электроны назад из-за его потенциальной энергии.
Далее кинетическая энергия водяного колеса может быть выражена как , гдеI- момент инерции, аω- угловая частота. Принимая во внимание, что энергия, запасенная в индукторе, равна112Iω2Iω, гдеi- ток. Таким образом, ток аналогичен скорости, которая равнаi=dq12Li2i .i=dqdt
Когда ток течет по проводу, движущиеся электроны создают вокруг него магнитное поле. Для прямой проволоки генерируемое магнитное поле не будет влиять на электроны в этой проволоке или, по крайней мере, в большинстве случаев может быть проигнорировано. Однако, если мы намотаем провода несколько тысяч раз так, чтобы генерируемое магнитное поле воздействовало на сами электроны провода, то любое изменение скорости будет противодействовать силе магнитного поля. Таким образом, общая сила, , электроны лицо выражается F = д Е + д V × B . Потенциальная энергия в конденсаторе сохраняется в форме электрического поля, а кинетическая энергия в индукторе хранится в форме магнитного поля.FF=qE+qv×B
Таким образом, индуктор действует как инерция, которая реагирует на изменение скорости электронов, а конденсатор действует как пружина, которая реагирует на приложенную силу.
Используя приведенные выше аналогии, вы можете легко выяснить, почему фазовые отношения между напряжением и током различны для индукторов и конденсаторов. Эта аналогия также помогает понять механизм обмена энергией между конденсатором и индуктором, например, в генераторе LC.
Для дальнейшего размышления задайте следующие вопросы. Как накапливается кинетическая энергия в механической системе? Когда мы бежим, где и как хранится кинетическая энергия? Когда мы бежим, мы создаем поле, которое взаимодействует с нашим движущимся телом?