ಕೆಪಾಸಿಟರ್ಗಳ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ನ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನ
ಒಂದು ಸಣ್ಣ ಲೋಟವು ಸ್ವಲ್ಪ ನೀರನ್ನು ಹೊಂದಿರಬಹುದು, ಆದರೆ ದೊಡ್ಡ ಲೋಟವು ಹೆಚ್ಚು ನೀರನ್ನು ಹೊಂದಿರಬಹುದು. ಗಾಜಿನ ಪ್ರಮಾಣ ದೊಡ್ಡದಿದ್ದಷ್ಟೂ ಹೆಚ್ಚು ನೀರನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರಬಹುದು. ಆದ್ದರಿಂದ, ಪ್ರತಿ ಗ್ಲಾಸ್ ನೀರನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ ಅಥವಾ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಗಾಜಿನಂತೆ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್ಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ಗಳು ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಭಾವ್ಯ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಹ ಸಂಗ್ರಹಿಸಬಹುದು. ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ಅಂತಸ್ಥ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೀಗೆ ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಧಾರಣಶಕ್ತಿಯ.
ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುವ ಅಂಶಗಳು
ನೀರನ್ನು ಹಿಡಿದಿಟ್ಟುಕೊಳ್ಳುವ ಗಾಜಿನ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಗಾಜಿನ ಪರಿಮಾಣದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕೆಪಾಸಿಟರ್ಗಳ ಬಗ್ಗೆ ಏನು, ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುವ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ ಗಾತ್ರವನ್ನು ಯಾವುದು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ?
ಬದಿಯಲ್ಲಿರುವ ಚಿತ್ರವು ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಅಂತರದಿಂದ ಬೇರ್ಪಟ್ಟ ಎರಡು-ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಸರಳ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಅನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಬ್ಯಾಟರಿಯಂತಹ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸುವ ಮೊದಲು, ಎರಡು ಫಲಕಗಳನ್ನು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ. ನಂತರ ಫಲಕಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದನ್ನು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದು ಫಲಕವನ್ನು ಕೇಬಲ್ ಬಳಸಿ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಗೊಂಡ ನಂತರ, ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಮೇಲಿನ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಪ್ಲೇಟ್ನಲ್ಲಿರುವ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಸೆಳೆಯುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಇದು ಪ್ಲೇಟ್ಗಳಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು (ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ) ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಪ್ರೋಟಾನ್ಗಳು (ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶ) ಕೊರತೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಪ್ಲೇಟ್ಗಳು ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶಕ್ಕೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತವೆ.
ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಸಂಪರ್ಕಗೊಂಡ ನಂತರ, ಪ್ಲೇಟ್ನಲ್ಲಿರುವ ಧನಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಋಣಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವದಲ್ಲಿರುವ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪ್ಲೇಟ್ಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಇದು ಪ್ಲೇಟ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಓವರ್ಲೋಡ್ ಮಾಡಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಪ್ಲೇಟ್ ಋಣಾತ್ಮಕ ಆವೇಶವನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಪ್ಲೇಟ್ಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಎರಡು ಬ್ಯಾಟರಿ ಧ್ರುವಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾದ ನಂತರ ಪ್ಲೇಟ್ಗಳು ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಟರಿಗಳ ನಡುವೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಚಲಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ.
ಎರಡೂ ವಾಹಕ ಫಲಕಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಹೇಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು? ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಧನಾತ್ಮಕ ಧ್ರುವಕ್ಕೆ ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಟರಿಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ವರ್ಗಾಯಿಸಲು ಏನು ಮಾಡಬೇಕು? ಎರಡು ಬ್ಯಾಟರಿ ಧ್ರುವಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಎರಡು ವಾಹಕಗಳ ನಡುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ ಮಾತ್ರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ಥಳಾಂತರ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿ ವಾಹಕ ಫಲಕದಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಹೆಚ್ಚಾಗುವಂತೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಮತ್ತೆ ಚಲಿಸಲು, ಬಳಸಿದ ಬ್ಯಾಟರಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮತ್ತೊಂದು ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲದಿಂದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲದಲ್ಲಿನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಕೆಪಾಸಿಟರ್ನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಸಮಾನವಾದಾಗ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸ್ಥಳಾಂತರವು ನಿಲ್ಲುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮೂಲದಲ್ಲಿನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್ 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 ಹೋಲಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಹೇಳಲಾಗಿದೆ:
Q α V
ಮೇಲಿನ ಹೋಲಿಕೆಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರ C ಅನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಮೀಕರಣಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
Q = CV ಅಥವಾ C = Q / V
Q = ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ (ಕೂಲಂಬ್), V = ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸ ಅಥವಾ ವೋಲ್ಟೇಜ್ (ವೋಲ್ಟ್), C = ಸ್ಥಿರಾಂಕ, ಇದನ್ನು ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಧಾರಣಶಕ್ತಿಯ ಮೌಲ್ಯವು ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುವುದಿಲ್ಲ, ಆದರೆ ವಾಹಕ ಫಲಕದ ಆಕಾರ ಮತ್ತು ಗಾತ್ರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಧಾರಣಶಕ್ತಿಯು ವಾಹಕ ಫಲಕದ ಆಕಾರ ಮತ್ತು ಗಾತ್ರವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ ಎಂಬುದಕ್ಕೆ ಗಣಿತದ ಪುರಾವೆಯನ್ನು ಸಮಾನಾಂತರ ಫಲಕದ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ ವಿವರಿಸಲಾಗಿದೆ. ವಿಷಯದಲ್ಲಿ, ಎರಡು ವಾಹಕಗಳ ನಡುವೆ ನಿರ್ವಾತವಿದೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಲಾಗಿದೆ.
ಕೆಪಾಸಿಟರ್ನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಎರಡು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ಗಳ ನಡುವೆ ಇರುವ ವಸ್ತುವಿನ ಸ್ವರೂಪವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ಗಳ ನಡುವೆ ಇರುವ ವಸ್ತುವನ್ನು ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ಸ್ ಹೊಂದಿರುವ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ಗಳ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಅನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ ಆಳವಾಗಿ ಚರ್ಚಿಸಲಾಗಿದೆ: ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕಗಳು.
ಧಾರಣದ ಘಟಕ
ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ನ ಘಟಕವು ಕೂಲಂಬ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಘಟಕವು ವೋಲ್ಟ್ ಆಗಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಅದು ಮೇಲಿನ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ. ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ 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.
2 ಫ್ಯಾರಡ್ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಎಂದರೆ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಒಂದು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ನಲ್ಲಿ +2 ಕೂಲಂಬ್ಗಳು ಮತ್ತು ಇನ್ನೊಂದು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ನಲ್ಲಿ -2 ಕೂಲಂಬ್ಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಿ. ಎರಡು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ಗಳು 1 ವೋಲ್ಟ್ನ ವಿಭವ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಹೊಂದಿದ್ದರೆ. 12 ವೋಲ್ಟ್ ಬ್ಯಾಟರಿಯನ್ನು ಕೆಪಾಸಿಟರ್ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಿದ್ದರೆ, ವಿದ್ಯುತ್ ಚಾರ್ಜ್ ಮಾಡಿದ ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದು Q = CV = (2) (12 ವೋಲ್ಟ್ಗಳು) = +24 ಕೂಲಂಬ್ ಆಗಿದ್ದರೆ, ಇನ್ನೊಂದು ಕಂಡಕ್ಟರ್ ಪ್ಲೇಟ್ -24 ಕೂಲಂಬ್ ಆಗಿರುತ್ತದೆ.
ದಯವಿಟ್ಟು ಗಮನಿಸಿ, ಫ್ಯಾರಡ್ ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಕೆಪಾಸಿಟನ್ಸ್ ಯೂನಿಟ್ ಆಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸಣ್ಣ ಘಟಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ ಮೈಕ್ರೋಫರಡ್ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ μF (10-6 ಫರಾದ್) ಅಥವಾ ಪಿಕೋಫರಾಡ್ ಅನ್ನು pF ಎಂದು ಸಂಕ್ಷೇಪಿಸಲಾಗಿದೆ (10-12 ಫ್ಯಾರಡ್). ಸಮಾನಾಂತರ ಪ್ಲೇಟ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ ಚರ್ಚಿಸಲಾದ ಫ್ಯಾರಡ್ ಒಂದು ದೈತ್ಯ ಘಟಕ ಎಂದು ತೋರಿಸಲು ಗಣಿತದ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳು.
