ਕੈਪੇਸੀਟਰਾਂ ਵਿੱਚ ਬਿਜਲੀ ਊਰਜਾ ਸਟੋਰੇਜ ਸਮੱਗਰੀ
ਇੱਕ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਦੋ ਪਲੇਟਾਂ/ਸ਼ੀਟਾਂ ਦੇ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਤੋਂ ਬਣਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਦੋ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਡਾਈਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਹੁੰਦਾ ਹੈ । ਸ਼ੁਰੂ ਵਿੱਚ, ਦੋਵੇਂ ਕੰਡਕਟਰ ਬਿਜਲੀ ਨਾਲ ਚਾਰਜ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੇ। ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਦੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਲਈ, ਹਰੇਕ ਪਲੇਟ/ਸ਼ੀਟ ਕੰਡਕਟਰ ਨੂੰ ਬਿਜਲੀ ਨਾਲ ਚਾਰਜ ਕੀਤਾ ਜਾਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਹਰੇਕ ਕੰਡਕਟਰ 'ਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਰਜ ਦੀ ਮਾਤਰਾ ਇੱਕੋ ਜਿਹੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਪਰ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਕਿਸਮਾਂ ਦੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਉਦਾਹਰਣ ਵਜੋਂ, ਇੱਕ ਕੰਡਕਟਰ ਦਾ ਚਾਰਜ Q = +10 ਕੁਲੰਬ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਫਿਰ ਦੂਜੇ ਕੰਡਕਟਰ ਦਾ ਚਾਰਜ Q = -10 ਕੁਲੰਬ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਦੋਵਾਂ ਕੰਡਕਟਰਾਂ 'ਤੇ ਇੱਕੋ ਜਿਹੀ ਤੀਬਰਤਾ ਪਰ ਉਲਟ ਕਿਸਮਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਚਾਰਜ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਦੋ ਕੰਡਕਟਰ ਪਲੇਟਾਂ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਬਣਾਉਂਦੀ ਹੈ , ਜਿੱਥੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੀ ਦਿਸ਼ਾ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਤੋਂ ਨੈਗੇਟਿਵ ਚਾਰਜ ਤੱਕ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਦੋ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਸੰਭਾਵੀ ਅੰਤਰ ਵੀ ਪੈਦਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਵਾਲੇ ਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਬਿਜਲੀ ਸੰਭਾਵੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਜਦੋਂ ਕਿ ਨੈਗੇਟਿਵ ਚਾਰਜ ਵਾਲੇ ਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਘੱਟ ਬਿਜਲੀ ਸੰਭਾਵੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।
ਦੋਵਾਂ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਨੂੰ ਚਾਰਜ ਕਰਨ ਲਈ, ਉਹਨਾਂ ਨੂੰ ਇੱਕ ਪਾਵਰ ਸਰੋਤ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਬੈਟਰੀ ਜਾਂ ਹੋਰ ਪਾਵਰ ਸਰੋਤ ਨਾਲ ਜੋੜਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਸ਼ੁਰੂ ਵਿੱਚ, ਦੋਵੇਂ ਕੰਡਕਟਰ ਨਿਰਪੱਖ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਬਰਾਬਰ ਗਿਣਤੀ ਵਿੱਚ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਅਤੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਵਾਲੇ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਫਿਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਇੱਕ ਕੰਡਕਟਰ ਤੋਂ ਦੂਜੇ ਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਕੰਡਕਟਰ ਗੁਆਉਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਹੋ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕੀਤੇ ਗਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਪ੍ਰਾਪਤ ਹੋਏ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਹਰੇਕ ਕੰਡਕਟਰ ਦਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਚਾਰਜ ਇੱਕੋ ਜਿਹਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਧਿਆਨ ਵਿੱਚ ਰੱਖਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ ਕਿ ਜਦੋਂ ਇੱਕ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਇੱਕ ਬੈਟਰੀ ਨਾਲ ਜੁੜਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਬੈਟਰੀ ਇੱਕ ਕੰਡਕਟਰ ਵਜੋਂ ਕੰਮ ਕਰਦੀ ਹੈ, ਇੱਕ ਕੰਡਕਟਰ ਤੋਂ ਦੂਜੇ ਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਕਰਦੀ ਹੈ।
ਇੱਕ ਕੰਡਕਟਰ ਨੈਗੇਟਿਵ ਪੋਲ ਨਾਲ ਜੁੜਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਦੂਜਾ ਕੰਡਕਟਰ ਪਾਜ਼ੀਟਿਵ ਪੋਲ ਨਾਲ ਜੁੜਿਆ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਦੋ ਬੈਟਰੀ ਟਰਮੀਨਲਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਪੋਟੈਂਸ਼ਲ ਫਰਕ (V) ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਇੱਕ ਕੰਡਕਟਰ ਤੋਂ ਦੂਜੇ ਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ (q) ਦੇ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦੀ ਹੈ। ਦੋ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਪੋਟੈਂਸ਼ਲ ਫਰਕ ਬੈਟਰੀ ਦੇ ਪੋਟੈਂਸ਼ਲ ਫਰਕ ਦੇ ਬਰਾਬਰ ਹੋਣ 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦਾ ਟ੍ਰਾਂਸਫਰ ਰੁਕ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਸ਼ੁਰੂ ਵਿੱਚ, ਜਦੋਂ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਨੂੰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਤੌਰ 'ਤੇ ਚਾਰਜ ਨਹੀਂ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਹਿਲਾਉਣ ਲਈ ਕਿਸੇ ਕੰਮ ਦੀ ਲੋੜ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੀ। ਇੱਕ ਵਾਰ ਜਦੋਂ ਹਰੇਕ ਕੰਡਕਟਰ 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਚਾਰਜ ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਹਿਲਾਉਣ ਲਈ ਕੰਮ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਹਰੇਕ ਕੰਡਕਟਰ 'ਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਚਾਰਜ ਜਿੰਨਾ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਬਲ ਦੇ ਕਾਰਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਨੂੰ ਹਿਲਾਉਣ ਲਈ ਓਨਾ ਹੀ ਜ਼ਿਆਦਾ ਕੰਮ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।
ਇੱਕ ਕੰਡਕਟਰ ਤੋਂ ਦੂਜੇ ਕੰਡਕਟਰ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦਾ ਤਬਾਦਲਾ ਇੱਕੋ ਸਮੇਂ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦਾ ਸਗੋਂ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਜੋ ਦੋ ਕੰਡਕਟਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਬਿਜਲੀ ਵੋਲਟੇਜ ਵੀ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਵਧੇ। ਇਸ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਦੇ ਤਬਾਦਲੇ ਦੌਰਾਨ ਕੁੱਲ ਕੰਮ (W) ਦੀ ਗਣਨਾ ਕਰਨ ਲਈ, ਔਸਤ ਵੋਲਟੇਜ ਮੁੱਲ (V/2) ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਹਿਲਾਉਣ ਲਈ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਕੰਮ W = Q (V/2) = 1/2 Q V ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਹਿਲਾਉਣ ਦਾ ਕੰਮ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਵਿੱਚ ਸਟੋਰ ਕੀਤੀ ਗਈ ਬਿਜਲੀ ਸੰਭਾਵੀ ਊਰਜਾ ਵਿੱਚ ਬਦਲ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਵਿੱਚ ਸਟੋਰ ਕੀਤੀ ਗਈ ਬਿਜਲੀ ਸੰਭਾਵੀ ਊਰਜਾ EP = 1/2 Q V ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ Q = CV, ਫਾਰਮੂਲਾ EP = 1/2 QV ਨੂੰ EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV 2 ਅਤੇ EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q 2 /C ਵਿੱਚ ਬਦਲਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਜਾਣਕਾਰੀ: Q = ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਚਾਰਜ, C = ਕੈਪੈਸੀਟੈਂਸ, V = ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਵੋਲਟੇਜ।
ਇੱਕ ਬਿਜਲੀ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਬਿਜਲੀ ਊਰਜਾ
ਚਾਰਜਿੰਗ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ, ਜਦੋਂ ਹਰੇਕ ਕੰਡਕਟਰ ਚਾਰਜ ਹੋਣਾ ਸ਼ੁਰੂ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਦੋ ਕੰਡਕਟਰ ਪਲੇਟਾਂ/ਸ਼ੀਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਬਣ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਕੰਮ ਨਾ ਸਿਰਫ਼ ਕੰਡਕਟਰ ਨੂੰ ਬਿਜਲੀ ਨਾਲ ਚਾਰਜ ਕਰਨ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦਾ ਹੈ, ਸਗੋਂ ਅਸਿੱਧੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਦੋ ਕੰਡਕਟਰ ਪਲੇਟਾਂ/ਸ਼ੀਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਵੀ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ ਕੰਮ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਵਿੱਚ ਸਟੋਰ ਕੀਤੀ ਗਈ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਸੰਭਾਵੀ ਊਰਜਾ ਵਿੱਚ ਬਦਲ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਇਹ ਮੰਨਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ ਊਰਜਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੇ ਅੰਦਰ ਸਟੋਰ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
ਹੇਠ ਦਿੱਤਾ ਫਾਰਮੂਲਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਸੰਭਾਵੀ ਊਰਜਾ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਸਬੰਧ ਨੂੰ ਗਣਿਤਿਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਸਾਬਤ ਕਰਨ ਲਈ ਲਿਆ ਗਿਆ ਹੈ।
ਪੈਰਲਲ ਪਲੇਟ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਸਿਰਲੇਖ ਵਾਲੇ ਲੇਖ ਵਿੱਚ , ਫਾਰਮੂਲਾ C = A ε o /s ਲਿਆ ਗਿਆ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪੁਟੈਂਸ਼ਲ ਸਿਰਲੇਖ ਵਾਲੇ ਲੇਖ ਵਿੱਚ, ਫਾਰਮੂਲਾ V = E s ਦੱਸਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਪਹਿਲਾਂ, ਇੱਕ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਵਿੱਚ ਸਟੋਰ ਕੀਤੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਪੁਟੈਂਸ਼ਲ ਊਰਜਾ ਲਈ ਫਾਰਮੂਲਾ ਲਿਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਅਰਥਾਤ EP = 1/2 CV 2 ।
ਫਾਰਮੂਲਾ ਵਰਣਨ: EP = ਬਿਜਲੀ ਸੰਭਾਵੀ ਊਰਜਾ, A = ਸਤ੍ਹਾ ਖੇਤਰਫਲ, s = ਦੂਰੀ, A s = ਆਇਤਨ, E = ਬਿਜਲੀ ਖੇਤਰ, EP/A s = ਬਿਜਲੀ ਸੰਭਾਵੀ ਊਰਜਾ ਪ੍ਰਤੀ ਯੂਨਿਟ ਆਇਤਨ = ਊਰਜਾ ਘਣਤਾ।
ਉਪਰੋਕਤ ਫਾਰਮੂਲਾ ਦੱਸਦਾ ਹੈ ਕਿ ਇੱਕ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਵਿੱਚ ਸਪੇਸ ਦੀ ਪ੍ਰਤੀ ਯੂਨਿਟ ਆਇਤਨ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਸੰਭਾਵੀ ਊਰਜਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਦੇ ਵਰਗ ਦੇ ਅਨੁਪਾਤੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਜੇਕਰ ਦੋ ਚਾਲਕ ਪਲੇਟਾਂ/ਸ਼ੀਟਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਡਾਈਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ε o (ਖਾਲੀ ਥਾਂ ਦੀ ਅਨੁਮਤੀ) ਨੂੰ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਅਨੁਮਤੀ (ε) ਨਾਲ ਬਦਲ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ ਇਹ ਊਰਜਾ ਘਣਤਾ ਸਮੀਕਰਨ ਸਮਾਨਾਂਤਰ ਪਲੇਟ ਕੈਪੇਸੀਟਰ ਸਮੀਕਰਨ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ, ਇਹ ਸਮੀਕਰਨ ਉਹਨਾਂ ਸਾਰੀਆਂ ਸਪੇਸਾਂ 'ਤੇ ਵੀ ਲਾਗੂ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।
