ক্যাপাসিটরের ক্ষমতা

ক্যাপাসিট্যান্স বোঝা

একটি ছোট গ্লাসে অল্প পরিমাণ জল ধরে, আর একটি বড় গ্লাসে বেশি জল ধরে। গ্লাস যত বড় হয়, তাতে তত বেশি জল ধরে। সুতরাং, প্রতিটি গ্লাসের একটি ধারণক্ষমতা বা জল ধারণ ক্ষমতার পরিমাপ রয়েছে। গ্লাসের মতোই, ক্যাপাসিটরেরও বৈদ্যুতিক আধান এবং বৈদ্যুতিক স্থিতিশক্তি সঞ্চয় করার ক্ষমতা রয়েছে। একটি ক্যাপাসিটরের এই ধারণক্ষমতা, অর্থাৎ বৈদ্যুতিক আধান এবং বৈদ্যুতিক স্থিতিশক্তি সঞ্চয় করার ক্ষমতার পরিমাপকে ক্যাপাসিট্যান্স বলা হয় ।

ক্যাপাসিট্যান্সকে প্রভাবিতকারী উপাদানসমূহ

একটি গ্লাসের জল ধারণ ক্ষমতা তার আয়তন দ্বারা নির্ধারিত হয়। ক্যাপাসিটরের ক্ষেত্রে কী হয়? একটি ক্যাপাসিটরের বৈদ্যুতিক চার্জ সঞ্চয় করার ক্ষমতা কীসের উপর নির্ভর করে?

নিচের চিত্রে একটি সাধারণ ক্যাপাসিটর দেখানো হয়েছে, যা একটি নির্দিষ্ট দূরত্বে অবস্থিত দুটি পরিবাহী পাত দিয়ে গঠিত। ব্যাটারির মতো কোনো ভোল্টেজ উৎসের সাথে সংযোগ করার আগে, উভয় পাতই চার্জবিহীন থাকে। এরপর, তার ব্যবহার করে একটি পাতকে ব্যাটারির ধনাত্মক প্রান্তের সাথে এবং অন্যটিকে ঋণাত্মক প্রান্তের সাথে যুক্ত করা হয়।

ব্যাটারির ধনাত্মক প্রান্তের সাথে সংযুক্ত হওয়ার পর, ব্যাটারির ধনাত্মক চার্জ প্লেটের ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ইলেকট্রনগুলোকে আকর্ষণ করে, যার ফলে ইলেকট্রনগুলো ব্যাটারির ধনাত্মক প্রান্তের দিকে চলে যায়। এর ফলে প্লেটটিতে ইলেকট্রনের ঘাটতি (ঋণাত্মক চার্জ) এবং প্রোটনের আধিক্য (ধনাত্মক চার্জ) দেখা দেয়, যার পরিণামে একটি ধনাত্মক চার্জ সৃষ্টি হয়।

একইভাবে, ব্যাটারির নেগেটিভ টার্মিনালের সাথে প্লেটটি সংযোগ করার পর, প্লেটের ধনাত্মক চার্জ ব্যাটারির নেগেটিভ টার্মিনালে থাকা ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ইলেকট্রনগুলোকে আকর্ষণ করে, যার ফলে ইলেকট্রনগুলো প্লেটের দিকে চলে আসে। এর ফলে প্লেটে অতিরিক্ত ইলেকট্রন জমা হয়, যা এটিকে ঋণাত্মকভাবে চার্জিত করে তোলে।

দুটি পাতের মধ্যবর্তী বিভব পার্থক্য যখন ব্যাটারির দুই মেরুর মধ্যবর্তী বিভব পার্থক্যের সমান হয়, তখন পাতগুলো ও ব্যাটারির মধ্যে ইলেকট্রন স্থানান্তর প্রক্রিয়া থেমে যায়।

কীভাবে উভয় পরিবাহী পাতের বৈদ্যুতিক চার্জ বৃদ্ধি পেতে পারে? অন্য কথায়, ইলেকট্রন স্থানান্তর পুনরায় ঘটাতে কী করতে হবে? ইলেকট্রন স্থানান্তর তখনই ঘটে যখন ব্যাটারির দুটি মেরুর মধ্যেকার বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যেকার বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যের চেয়ে বেশি হয়। ইলেকট্রন স্থানান্তর পুনরায় ঘটার জন্য এবং প্রতিটি পরিবাহী পাতের বৈদ্যুতিক চার্জ বৃদ্ধির জন্য, ব্যবহৃত ব্যাটারিটিকে অন্য একটি ব্যাটারি বা অন্য একটি ভোল্টেজ উৎস দিয়ে প্রতিস্থাপন করা হয় যার বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য বেশি। যখন ভোল্টেজ উৎসের বিভব পার্থক্য ক্যাপাসিটরের বিভব পার্থক্যের সমান হয়, তখন ইলেকট্রন স্থানান্তর থেমে যায়; সুতরাং, যদি ভোল্টেজ উৎসের বিভব পার্থক্য বেশি হয়, তবে ক্যাপাসিটরের বিভব পার্থক্যও বেশি হবে।

উপরোক্ত পর্যালোচনার ভিত্তিতে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, প্রতিটি পরিবাহী পাতের উপর সঞ্চিত বৈদ্যুতিক আধান যত বেশি হবে, পাত দুটির মধ্যে বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যও তত বেশি হবে। অতএব, বৈদ্যুতিক আধান (Q) বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যের (V) সমানুপাতিক। বৈদ্যুতিক আধান এবং বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যের মধ্যকার সম্পর্কটি নিম্নলিখিত সমানুপাতিকতার মাধ্যমে প্রকাশ করা হয়:
Q α V
সমানুপাতিক ধ্রুবক C যোগ করে উপরের সমানুপাতিক সম্পর্কটিকে একটি সমীকরণে রূপান্তরিত করা হয়:
Q = CV অথবা C = Q / V
বর্ণনা: Q = বৈদ্যুতিক আধান (কুলম্ব), V = বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্য বা বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ (ভোল্ট), C = সমানুপাতিক ধ্রুবক, যাকে ক্যাপাসিটরের ধারকত্ব বলা হয়।

ধারকত্বের মান বৈদ্যুতিক আধান এবং ভোল্টেজের উপর নির্ভর করে না, বরং পরিবাহী পাতগুলোর আকৃতি ও আকারের উপর নির্ভর করে। ধারকত্ব যে পরিবাহী পাতগুলোর আকৃতি ও আকারের উপর নির্ভর করে, তার গাণিতিক প্রমাণ পরিবাহী পাতগুলোর আকৃতির উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন ধরণের ধারক, যথা— সমান্তরাল পাত ধারক , বেলনাকার ধারক এবং গোলকাকার ধারক সম্পর্কিত প্রবন্ধে ব্যাখ্যা করা হয়েছে । প্রবন্ধটিতে ধরে নেওয়া হয়েছে যে, দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যে একটি শূন্যস্থান (ভ্যাকুয়াম) রয়েছে।

একটি ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী উপাদানের বৈশিষ্ট্যের উপরও নির্ভর করে। দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী এই উপাদানকে ডাইইলেকট্রিক বলা হয়। ডাইইলেকট্রিক ধ্রুবক সম্পর্কিত প্রবন্ধে ডাইইলেকট্রিকযুক্ত ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স নিয়ে বিস্তারিত আলোচনা করা হয়েছে ।

ধারকত্বের একক

বৈদ্যুতিক আধানের একক হলো কুলম্ব এবং বৈদ্যুতিক বিভব পার্থক্যের একক হলো ভোল্ট, সুতরাং উপরের ধারকত্বের সমীকরণ অনুসারে, ধারকত্বের একক হলো কুলম্ব প্রতি ভোল্ট (C/V), যাকে ফ্যারাড (F)-ও বলা হয়, যা ব্রিটিশ বিজ্ঞানী মাইকেল ফ্যারাডের (১৭৯১-১৮৬৭) নাম থেকে এসেছে। সুতরাং ১ ফ্যারাড = ১ কুলম্ব/ভোল্ট।

উদাহরণস্বরূপ, একটি ক্যাপাসিটরের মান ২ ফ্যারাড, যার অর্থ ক্যাপাসিটরটি তার একটি পরিবাহী পাতে +২ কুলম্ব এবং অন্যটিতে -২ কুলম্ব বৈদ্যুতিক চার্জ সঞ্চয় করে, যেখানে দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যে বিভব পার্থক্য ১ ভোল্ট। যদি ক্যাপাসিটরটির সাথে একটি ১২ ভোল্টের ব্যাটারি সংযুক্ত করা হয়, তবে একটি পরিবাহী পাতের বৈদ্যুতিক চার্জ হবে Q = CV = (২)(১২ ভোল্ট) = +২৪ কুলম্ব এবং অন্য পরিবাহী পাতটির চার্জ হবে -২৪ কুলম্ব।

উল্লেখ্য যে, ফ্যারাড হলো ধারকত্বের একটি অনেক বড় একক, তাই সাধারণত এর চেয়ে ছোট একক ব্যবহার করা হয়, যেমন মাইক্রোফ্যারাড (সংক্ষেপে μF) (10⁻⁶ ^{ফ্যারাড} ) থেকে পিকোফ্যারাড (সংক্ষেপে pF) (10⁻¹² ^{ফ্যারাড )। ফ্যারাড যে একটি অনেক বড় একক, তা দেখানোর জন্য গাণিতিক গণনা} একটি সমান্তরাল পাত ধারকের উদাহরণে আলোচনা করা হয়েছে ।