ಧಾರಣಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು
ಒಂದು ಸಣ್ಣ ಲೋಟವು ಸ್ವಲ್ಪ ಪ್ರಮಾಣದ ನೀರನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳಬಹುದು, ಆದರೆ ದೊಡ್ಡ ಲೋಟವು ಹೆಚ್ಚು ನೀರನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಗಾಜು ದೊಡ್ಡದಿದ್ದಷ್ಟೂ ಅದು ಹೆಚ್ಚು ನೀರನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪ್ರತಿ ಲೋಟವು ಒಂದು ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಅಥವಾ ಅದರ ನೀರಿನ ಹಿಡುವಳಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಅಳತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಕನ್ನಡಕಗಳಂತೆ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಸಹ ಹೊಂದಿವೆ. ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ, ಅಥವಾ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವ ಅದರ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಅಳತೆಯನ್ನು ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುವ ಅಂಶಗಳು
ನೀರನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುವ ಗಾಜಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಅದರ ಪರಿಮಾಣದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳ ಬಗ್ಗೆ ಏನು? ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಯಾವುದು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ?
ಕೆಳಗಿನ ಚಿತ್ರವು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಅಂತರದಿಂದ ಬೇರ್ಪಟ್ಟ ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಸರಳ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಟರಿಯಂತಹ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸುವ ಮೊದಲು, ಎರಡೂ ಫಲಕಗಳನ್ನು ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ನಂತರ, ತಂತಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಒಂದು ಫಲಕವನ್ನು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಟರ್ಮಿನಲ್‌ಗೆ ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದನ್ನು ಋಣಾತ್ಮಕ ಟರ್ಮಿನಲ್‌ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಟರ್ಮಿನಲ್‌ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಗೊಂಡ ನಂತರ, ಬ್ಯಾಟರಿಯಲ್ಲಿರುವ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಪ್ಲೇಟ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಅವು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಟರ್ಮಿನಲ್‌ಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಇದು ಪ್ಲೇಟ್‌ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಕೊರತೆ (ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ) ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್‌ಗಳ ಹೆಚ್ಚುವರಿ (ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ) ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ.
ಅದೇ ರೀತಿ, ಪ್ಲೇಟ್ ಅನ್ನು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣಾತ್ಮಕ ಟರ್ಮಿನಲ್‌ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದ ನಂತರ, ಪ್ಲೇಟ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣಾತ್ಮಕ ಟರ್ಮಿನಲ್‌ನಲ್ಲಿರುವ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಪ್ಲೇಟ್‌ಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಇದು ಪ್ಲೇಟ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಅದನ್ನು ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಕ್ಕೆ ಒಳಪಡಿಸುತ್ತದೆ.
ಎರಡು ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳ ನಡುವಿನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಎರಡು ಧ್ರುವಗಳ ನಡುವಿನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾದ ನಂತರ ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ನಡುವಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ.
ಎರಡೂ ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಹೇಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ? ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ಮತ್ತೆ ಮಾಡಲು ಏನು ಮಾಡಬೇಕು? ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಎರಡು ಧ್ರುವಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ಮಾತ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿ ವಾಹಕ ಫಲಕದಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಹೆಚ್ಚಾಗುವಂತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆ ಮತ್ತೆ ಸಂಭವಿಸಲು, ಬಳಸಿದ ಬ್ಯಾಟರಿಯನ್ನು ಮತ್ತೊಂದು ಬ್ಯಾಟರಿ ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮತ್ತೊಂದು ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲದಿಂದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲದ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಸಮನಾದಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲದ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವೂ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ.
ಮೇಲಿನ ವಿಮರ್ಶೆಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಪ್ರತಿ ವಾಹಕ ತಟ್ಟೆಯಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ, ಎರಡು ವಾಹಕ ತಟ್ಟೆಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೀರ್ಮಾನಿಸಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ, ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ (Q) ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ (V) ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
ಪ್ರಶ್ನೆ α ವಿ
ಮೇಲಿನ ಅನುಪಾತವನ್ನು ಅನುಪಾತ ಸ್ಥಿರಾಂಕ C ಅನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಮೀಕರಣವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
Q = CV ಅಥವಾ C = Q / V
ವಿವರಣೆ: Q = ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ (ಕೂಲಂಬ್), V = ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಅಥವಾ ವಿದ್ಯುತ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ (ವೋಲ್ಟ್), C = ಅನುಪಾತದ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, ಇದನ್ನು ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಮೌಲ್ಯವು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದಿಲ್ಲ ಆದರೆ ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ಆಕಾರ ಮತ್ತು ಗಾತ್ರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ಆಕಾರ ಮತ್ತು ಗಾತ್ರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ ಎಂಬುದಕ್ಕೆ ಗಣಿತದ ಪುರಾವೆಯನ್ನು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ಆಕಾರವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳ ಪ್ರಕಾರಗಳ ಬಗ್ಗೆ ಲೇಖನದಲ್ಲಿ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ಸಮಾನಾಂತರ ಪ್ಲೇಟ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳು , ಸಿಲಿಂಡರಾಕಾರದ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಗೋಳಾಕಾರದ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳು . ಲೇಖನದಲ್ಲಿ, ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ನಡುವೆ ನಿರ್ವಾತವಿದೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ನಡುವಿನ ವಸ್ತುವಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ನಡುವಿನ ವಸ್ತುವನ್ನು ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಹೊಂದಿರುವ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಅನ್ನು ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕದ ಲೇಖನದಲ್ಲಿ ಆಳವಾಗಿ ಚರ್ಚಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಧಾರಣದ ಘಟಕ
ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಘಟಕವು ಕೂಲಂಬ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಘಟಕವು ವೋಲ್ಟ್ ಆಗಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಮೇಲಿನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಸಮೀಕರಣದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್‌ನ ಘಟಕವು ಕೂಲಂಬ್ ಪರ್ ವೋಲ್ಟ್ (C/V), ಇದನ್ನು ಫ್ಯಾರಡ್ (F) ಎಂದೂ ಕರೆಯುತ್ತಾರೆ, ಇದು ಬ್ರಿಟಿಷ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಮೈಕೆಲ್ ಫ್ಯಾರಡೆ (1791-1867) ಅವರ ಹೆಸರಿನಿಂದ ಬಂದಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ 1 ಫ್ಯಾರಡ್ = 1 ಕೂಲಂಬ್/ವೋಲ್ಟ್.
ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಒಂದು ಕೆಪಾಸಿಟರ್ 2 ಫ್ಯಾರಡ್‌ಗಳ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಅಂದರೆ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಒಂದು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್‌ನಲ್ಲಿ +2 ಕೂಲಂಬ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್‌ನಲ್ಲಿ -2 ಕೂಲಂಬ್‌ಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಎರಡು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳು 1 ವೋಲ್ಟ್‌ನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. 12 ವೋಲ್ಟ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯನ್ನು ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದರೆ, ಒಂದು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳು Q = CV = (2)(12 ವೋಲ್ಟ್‌ಗಳು) = +24 ಕೂಲಂಬ್‌ಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ -24 ಕೂಲಂಬ್‌ಗಳ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.
ಫ್ಯಾರಡ್ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್‌ನ ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಘಟಕವಾಗಿದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಬೇಕು, ಆದ್ದರಿಂದ ಸಣ್ಣ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ಮೈಕ್ರೋಫರಡ್ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ μF (10 -6 ಫ್ಯಾರಡ್) ನಿಂದ ಪಿಕೊಫರಡ್ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ pF (10 -12 ಫ್ಯಾರಡ್). ಫ್ಯಾರಡ್ ಬಹಳ ದೊಡ್ಡ ಘಟಕವಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಲು ಗಣಿತದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಸಮಾನಾಂತರ ಪ್ಲೇಟ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನ ಉದಾಹರಣೆಯಲ್ಲಿ ಚರ್ಚಿಸಲಾಗಿದೆ.
