बिजली के अध्ययन की शुरुआत के बाद से, यह केवल 1745 में था कि इवाल्ड जुर्गन वॉन क्लिस्ट और पीटर वैन मुशचेनब्रोक इसके संचय और संरक्षण की समस्या को हल करने में कामयाब रहे। लीडेन, हॉलैंड में निर्मित, इस उपकरण ने विद्युत ऊर्जा को संचित करना और आवश्यकता पड़ने पर इसका उपयोग करना संभव बनाया।
लेडेन जार - एक संधारित्र का प्रोटोटाइप। भौतिक प्रयोगों में इसके प्रयोग ने विद्युत के अध्ययन को बहुत आगे बढ़ाया, विद्युत धारा का एक प्रोटोटाइप बनाना संभव बनाया।
संधारित्र क्या है
विद्युत चार्ज और बिजली एकत्र करना एक संधारित्र का मुख्य उद्देश्य है। आमतौर पर यह दो इंसुलेटेड कंडक्टरों की एक प्रणाली होती है जो एक दूसरे के जितना करीब हो सके स्थित होती है। कंडक्टरों के बीच की जगह एक ढांकता हुआ से भर जाती है। कंडक्टरों पर जमा हुआ चार्ज अलग तरह से चुना जाता है। आकर्षित होने वाले विपरीत आवेशों की संपत्ति इसके अधिक संचय में योगदान करती है। ढांकता हुआ को दोहरी भूमिका सौंपी जाती है: जितना अधिक ढांकता हुआ स्थिरांक, उतनी ही अधिक विद्युत क्षमता, आवेश बाधा को दूर नहीं कर सकते हैं औरबेअसर करना।
विद्युत क्षमता मुख्य भौतिक मात्रा है जो संधारित्र की चार्ज जमा करने की क्षमता को दर्शाती है। कंडक्टरों को प्लेट कहा जाता है, उनके बीच संधारित्र का विद्युत क्षेत्र केंद्रित होता है।
एक आवेशित संधारित्र की ऊर्जा, जाहिरा तौर पर, इसकी क्षमता पर निर्भर होनी चाहिए।
विद्युत क्षमता
ऊर्जा क्षमता (बड़ी विद्युत क्षमता) कैपेसिटर का उपयोग करना संभव बनाती है। एक आवेशित संधारित्र की ऊर्जा का उपयोग तब किया जाता है जब एक लघु धारा पल्स लगाना आवश्यक होता है।
विद्युत क्षमता किस मात्रा पर निर्भर करती है? संधारित्र को चार्ज करने की प्रक्रिया इसकी प्लेटों को एक वर्तमान स्रोत के ध्रुवों से जोड़कर शुरू होती है। एक प्लेट पर संचित आवेश (जिसका मान q है) को संधारित्र के आवेश के रूप में लिया जाता है। प्लेटों के बीच केंद्रित विद्युत क्षेत्र में संभावित अंतर होता है U.
विद्युत क्षमता (सी) एक कंडक्टर पर केंद्रित बिजली की मात्रा और क्षेत्र वोल्टेज पर निर्भर करती है: सी=क्यू/यू।
यह मान F (farads) में मापा जाता है।
संपूर्ण पृथ्वी की क्षमता एक संधारित्र की क्षमता के बराबर नहीं है, जिसका आकार एक नोटबुक के आकार के बारे में है। संचित शक्तिशाली चार्ज का उपयोग वाहनों में किया जा सकता है।
हालांकि, प्लेटों पर असीमित मात्रा में बिजली जमा करने का कोई तरीका नहीं है। जब वोल्टेज अधिकतम मूल्य तक बढ़ जाता है, तो संधारित्र का टूटना हो सकता है। प्लेटेंबेअसर, जो डिवाइस को नुकसान पहुंचा सकता है। एक आवेशित संधारित्र की ऊर्जा उसे गर्म करने पर पूरी तरह खर्च हो जाती है।
ऊर्जा मूल्य
संधारित्र का ताप विद्युत क्षेत्र की ऊर्जा के आंतरिक में परिवर्तन के कारण होता है। चार्ज को स्थानांतरित करने के लिए संधारित्र की कार्य करने की क्षमता बिजली की पर्याप्त आपूर्ति की उपस्थिति को इंगित करती है। यह निर्धारित करने के लिए कि आवेशित संधारित्र की ऊर्जा कितनी अधिक है, इसे निर्वहन करने की प्रक्रिया पर विचार करें। वोल्टेज U के विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, q का आवेश एक प्लेट से दूसरी प्लेट में प्रवाहित होता है। परिभाषा के अनुसार, क्षेत्र का कार्य संभावित अंतर और आवेश की मात्रा के गुणनफल के बराबर होता है: A=qU. यह अनुपात केवल एक स्थिर वोल्टेज मान के लिए मान्य है, लेकिन संधारित्र प्लेटों पर निर्वहन की प्रक्रिया में, यह धीरे-धीरे घटकर शून्य हो जाता है। अशुद्धियों से बचने के लिए, हम इसका औसत मान U/2 लेते हैं।
विद्युत क्षमता सूत्र से हमारे पास है: q=CU.
यहां से, आवेशित संधारित्र की ऊर्जा सूत्र द्वारा निर्धारित की जा सकती है:
डब्ल्यू=सीयू2/2.
हम देखते हैं कि इसका मान जितना अधिक होता है, विद्युत क्षमता और वोल्टेज उतना ही अधिक होता है। एक आवेशित संधारित्र की ऊर्जा क्या है, इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए उनकी किस्मों की ओर मुड़ें।
कैपेसिटर के प्रकार
चूंकि संधारित्र के अंदर केंद्रित विद्युत क्षेत्र की ऊर्जा सीधे इसकी धारिता से संबंधित होती है, और कैपेसिटर का संचालन उनकी डिजाइन सुविधाओं पर निर्भर करता है, विभिन्न प्रकार के भंडारण उपकरणों का उपयोग किया जाता है।
- प्लेटों के आकार के अनुसार: सपाट, बेलनाकार, गोलाकार आदि।ई.
- कैपेसिटेंस को बदलकर: निरंतर (कैपेसिटेंस नहीं बदलता है), वेरिएबल (भौतिक गुणों को बदलकर, हम कैपेसिटेंस बदलते हैं), ट्यूनिंग। तापमान, यांत्रिक या विद्युत तनाव को बदलकर समाई को बदला जा सकता है। ट्रिमर कैपेसिटर की कैपेसिटेंस प्लेटों के क्षेत्र को बदलकर बदलती रहती है।
- ढांकता हुआ प्रकार द्वारा: गैस, तरल, ठोस ढांकता हुआ।
- डाइलेक्ट्रिक के प्रकार से: कांच, कागज, अभ्रक, धातु-कागज, सिरेमिक, विभिन्न रचनाओं की पतली परत वाली फिल्में।
प्रकार के आधार पर, अन्य कैपेसिटर को भी प्रतिष्ठित किया जाता है। आवेशित संधारित्र की ऊर्जा परावैद्युत के गुणों पर निर्भर करती है। मुख्य मात्रा को ढांकता हुआ स्थिरांक कहा जाता है। विद्युत क्षमता इसके सीधे आनुपातिक है।
प्लेट कैपेसिटर
इलेक्ट्रिक चार्ज इकट्ठा करने के लिए सबसे सरल उपकरण पर विचार करें - एक फ्लैट कैपेसिटर। यह दो समानांतर प्लेटों का एक भौतिक तंत्र है, जिसके बीच एक परावैद्युत परत होती है।
प्लेटों का आकार आयताकार और गोल दोनों हो सकता है। यदि चर क्षमता प्राप्त करने की आवश्यकता है, तो प्लेटों को अर्ध-डिस्क के रूप में लेने की प्रथा है। एक प्लेट के दूसरे के सापेक्ष घूमने से प्लेटों के क्षेत्रफल में परिवर्तन होता है।
हम मानते हैं कि एक प्लेट का क्षेत्रफल S के बराबर है, प्लेटों के बीच की दूरी d के बराबर ली जाती है, भराव का ढांकता हुआ स्थिरांक है। ऐसी प्रणाली की धारिता केवल संधारित्र की ज्यामिति पर निर्भर करती है।
सी=εε0एस/डी.
फ्लैट कैपेसिटर की ऊर्जा
हम देखते हैं कि संधारित्र की धारिता एक प्लेट के कुल क्षेत्रफल के समानुपाती होती है और उनके बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होती है। आनुपातिकता का गुणांक विद्युत स्थिरांक ε0 है। ढांकता हुआ का ढांकता हुआ स्थिरांक बढ़ने से विद्युत क्षमता में वृद्धि होगी। प्लेटों के क्षेत्र को कम करने से आप ट्यूनिंग कैपेसिटर प्राप्त कर सकते हैं। किसी आवेशित संधारित्र के विद्युत क्षेत्र की ऊर्जा उसके ज्यामितीय प्राचलों पर निर्भर करती है।
गणना सूत्र का प्रयोग करें: W=CU2/2.
एक आवेशित सपाट आकार के संधारित्र की ऊर्जा का निर्धारण सूत्र के अनुसार किया जाता है:
डब्ल्यू=εε0एस यू2/(2डी)।
कैपेसिटर का उपयोग करना
एक विद्युत आवेश को आसानी से एकत्र करने और इसे जल्दी से दूर करने के लिए कैपेसिटर की क्षमता का उपयोग प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है।
प्रेरक के साथ कनेक्शन आपको ऑसिलेटरी सर्किट, करंट फिल्टर, फीडबैक सर्किट बनाने की अनुमति देता है।
फोटो फ्लैश, स्टन गन, जिसमें लगभग तत्काल डिस्चार्ज होता है, एक शक्तिशाली करंट पल्स बनाने के लिए कैपेसिटर की क्षमता का उपयोग करें। कैपेसिटर को डायरेक्ट करंट सोर्स से चार्ज किया जाता है। कैपेसिटर स्वयं एक तत्व के रूप में कार्य करता है जो सर्किट को तोड़ता है। विपरीत दिशा में निर्वहन कम ओमिक प्रतिरोध के दीपक के माध्यम से लगभग तुरंत होता है। अचेत बंदूक में यह तत्व मानव शरीर है।
संधारित्र या बैटरी
संचित चार्ज को लंबे समय तक रखने की क्षमता इसे सूचना भंडारण या ऊर्जा भंडारण के रूप में उपयोग करने का एक शानदार अवसर देती है। इस संपत्ति का व्यापक रूप से रेडियो इंजीनियरिंग में उपयोग किया जाता है।
बैटरी बदलें, दुर्भाग्य से, संधारित्र सक्षम नहीं है, क्योंकि इसमें डिस्चार्ज होने की ख़ासियत है। संचित ऊर्जा कुछ सौ जूल से अधिक नहीं होती है। बैटरी बड़ी मात्रा में बिजली को लंबे समय तक और लगभग बिना नुकसान के स्टोर कर सकती है।
