ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿ ಸಂಗ್ರಹಣಾ ವಸ್ತು
ಒಂದು ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಎರಡು ಪ್ಲೇಟ್‌ಗಳು/ವಾಹಕಗಳ ಹಾಳೆಗಳಿಂದ ಕೂಡಿದ್ದು, ಎರಡು ವಾಹಕಗಳ ನಡುವೆ ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಇರುತ್ತದೆ . ಆರಂಭದಲ್ಲಿ, ಎರಡೂ ವಾಹಕಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಲು, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಪ್ಲೇಟ್/ವಾಹಕದ ಹಾಳೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗಿರಬೇಕು, ಅಲ್ಲಿ ಪ್ರತಿ ವಾಹಕದ ಮೇಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಪ್ರಮಾಣವು ಒಂದೇ ಆಗಿರುತ್ತದೆ ಆದರೆ ವಿಭಿನ್ನ ಪ್ರಕಾರಗಳಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಒಂದು ವಾಹಕವು Q = +10 ಕೂಲಂಬ್‌ನ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ, ನಂತರ ಇನ್ನೊಂದು ವಾಹಕವು Q = -10 ಕೂಲಂಬ್‌ನ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡೂ ವಾಹಕಗಳ ಮೇಲೆ ಒಂದೇ ಪ್ರಮಾಣದ ಆದರೆ ವಿರುದ್ಧ ರೀತಿಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್‌ನ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯು ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳ ನಡುವೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ , ಅಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ದಿಕ್ಕು ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್‌ನಿಂದ ಋಣಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್‌ಗೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಎರಡು ವಾಹಕಗಳ ನಡುವೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವೂ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಋಣಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಕಡಿಮೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.
ಎರಡೂ ವಾಹಕಗಳನ್ನು ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಲು, ಅವುಗಳನ್ನು ಬ್ಯಾಟರಿ ಅಥವಾ ಇತರ ವಿದ್ಯುತ್ ಮೂಲದಂತಹ ವಿದ್ಯುತ್ ಮೂಲಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆರಂಭದಲ್ಲಿ, ಎರಡೂ ವಾಹಕಗಳು ತಟಸ್ಥವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಸಮಾನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಪ್ರೋಟಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ನಂತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಒಂದು ವಾಹಕದಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ವಾಹಕವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಕಳೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಾಹಕವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಕ್ಕೆ ತಿರುಗುತ್ತದೆ. ವರ್ಗಾಯಿಸಲಾದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯು ಸ್ವೀಕರಿಸಿದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಗೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಪ್ರತಿ ವಾಹಕವು ಒಂದೇ ರೀತಿಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಅನ್ನು ಬ್ಯಾಟರಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದಾಗ, ಬ್ಯಾಟರಿಯು ವಾಹಕವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಒಂದು ವಾಹಕದಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ವರ್ಗಾಯಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಬೇಕು.
ಒಂದು ವಾಹಕವನ್ನು ಋಣಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದು ವಾಹಕವನ್ನು ಧನಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗಿದೆ. ಎರಡು ಬ್ಯಾಟರಿ ಟರ್ಮಿನಲ್‌ಗಳ ನಡುವೆ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸ (V) ಇರುವುದರಿಂದ ಒಂದು ವಾಹಕದಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ (q) ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಎರಡು ವಾಹಕಗಳ ನಡುವಿನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಸಮನಾದ ನಂತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ. ಆರಂಭದಲ್ಲಿ, ವಾಹಕಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಆಗದಿದ್ದಾಗ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಚಲಿಸಲು ಯಾವುದೇ ಕೆಲಸ ಅಗತ್ಯವಿಲ್ಲ. ಪ್ರತಿ ವಾಹಕದ ಮೇಲೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಇದ್ದಾಗ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಚಲಿಸಲು ಕೆಲಸ ಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿ ವಾಹಕದ ಮೇಲೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ನಡುವಿನ ವಿಕರ್ಷಣ ಬಲದಿಂದಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಚಲಿಸಲು ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೆಲಸ ಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ.
ಒಂದು ವಾಹಕದಿಂದ ಇನ್ನೊಂದಕ್ಕೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ವರ್ಗಾವಣೆಯು ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವುದಿಲ್ಲ, ಆದರೆ ಕ್ರಮೇಣವಾಗಿ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಎರಡು ವಾಹಕಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕೂಡ ಕ್ರಮೇಣ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಒಟ್ಟು ಕೆಲಸ (W) ಅನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು, ಸರಾಸರಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು (V/2) ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಚಲಿಸಲು ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸ W = Q (V/2) = 1/2 Q V. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಚಲಿಸುವ ಕೆಲಸವು ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಬದಲಾಗುವುದರಿಂದ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿ EP = 1/2 Q V. Q = CV ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, EP = 1/2 QV ಸೂತ್ರವನ್ನು EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV 2 ಮತ್ತು EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q 2 /C ಎಂದು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು. ಮಾಹಿತಿ: Q = ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್, C = ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್, V = ವಿದ್ಯುತ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್.
ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿ
ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ, ಪ್ರತಿ ವಾಹಕವು ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದಾಗ, ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳು/ಹಾಳೆಗಳ ನಡುವೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಸೃಷ್ಟಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಮಾಡಿದ ಕೆಲಸವು ವಾಹಕವನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡುವಂತೆ ಮಾಡುವುದಲ್ಲದೆ, ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳು/ಹಾಳೆಗಳ ನಡುವೆ ಪರೋಕ್ಷವಾಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ. ಕೆಲಸವನ್ನು ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದರಿಂದ, ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದೊಳಗೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಬಹುದು.
ವಿದ್ಯುತ್ ಅಂತಸ್ಥ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಗಣಿತೀಯವಾಗಿ ಸಾಬೀತುಪಡಿಸಲು ಈ ಕೆಳಗಿನ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆ.
ಸಮಾನಾಂತರ ಪ್ಲೇಟ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ಗಳು ಎಂಬ ಲೇಖನದಲ್ಲಿ , C = A ε o /s ಸೂತ್ರವನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ಎಂಬ ಲೇಖನದಲ್ಲಿ, V = E s ಸೂತ್ರವನ್ನು ಹೇಳಲಾಗಿದೆ. ಈ ಹಿಂದೆ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹವಾಗಿರುವ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವಶಕ್ತಿಯ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗಿದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ EP = 1/2 CV 2.
ಸೂತ್ರ ವಿವರಣೆ: EP = ವಿದ್ಯುತ್ ಅಂತಸ್ಥ ಶಕ್ತಿ, A = ಮೇಲ್ಮೈ ವಿಸ್ತೀರ್ಣ, s = ದೂರ, A s = ಪರಿಮಾಣ, E = ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ, EP/A s = ಪ್ರತಿ ಯೂನಿಟ್ ಪರಿಮಾಣಕ್ಕೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಅಂತಸ್ಥ ಶಕ್ತಿ = ಶಕ್ತಿ ಸಾಂದ್ರತೆ.
ಮೇಲಿನ ಸೂತ್ರವು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿನ ಪ್ರತಿ ಯುನಿಟ್ ಪರಿಮಾಣದ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ವರ್ಗಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಎರಡು ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳು/ಹಾಳೆಗಳ ನಡುವೆ ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಇದ್ದರೆ, ε o (ಮುಕ್ತ ಸ್ಥಳದ ಅನುಮತಿ) ಅನ್ನು ವಸ್ತುವಿನ ಅನುಮತಿಯಿಂದ (ε) ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಶಕ್ತಿ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಸಮಾನಾಂತರ ಪ್ಲೇಟ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಪಡೆಯಲಾಗಿದ್ದರೂ, ಈ ಸಮೀಕರಣವು ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎಲ್ಲಾ ಸ್ಥಳಗಳಿಗೂ ಅನ್ವಯಿಸುತ್ತದೆ.
