కెపాసిటర్ల కెపాసిటెన్స్ నిర్వచనం
ఒక చిన్న గ్లాసులో కొద్దిగా నీరు పడుతుంది, అదే ఒక పెద్ద గ్లాసులో ఎక్కువ నీరు పడుతుంది. గ్లాసు పరిమాణం ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, అంత ఎక్కువ నీటిని అందులో నింపవచ్చు. కాబట్టి, ప్రతి గ్లాసుకు నీటిని నింపుకోగల సామర్థ్యం లేదా పరిమాణం ఉంటుంది. గ్లాసులాగే, కెపాసిటర్లు కూడా విద్యుత్ ఆవేశాలను మరియు విద్యుత్ పొటెన్షియల్ శక్తిని నిల్వ చేయగలవు. విద్యుత్ ఆవేశాన్ని మరియు విద్యుత్ పొటెన్షియల్ శక్తిని నిల్వ చేయగల కెపాసిటర్ సామర్థ్యాన్ని కెపాసిటెన్స్ అంటారు.
కెపాసిటెన్స్ను ప్రభావితం చేసే కారకాలు
గ్లాసు నీటిని నిలుపుకునే సామర్థ్యం దాని ఘనపరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. మరి కెపాసిటర్ల సంగతేంటి, విద్యుత్ ఆవేశాన్ని నిల్వచేసే కెపాసిటర్ సామర్థ్యం యొక్క పరిమాణాన్ని ఏది నిర్ణయిస్తుంది?
పక్కన ఉన్న పటం, కొంత దూరంతో వేరు చేయబడిన రెండు వాహక పలకలతో కూడిన ఒక సాధారణ కెపాసిటర్ను చూపిస్తుంది. బ్యాటరీ వంటి వోల్టేజ్ మూలానికి అనుసంధానించడానికి ముందు, ఆ రెండు పలకలు విద్యుత్ పరంగా ఆవేశితమై ఉండవు. ఆ తర్వాత, ఒక కేబుల్ ఉపయోగించి, పలకలలో ఒకదానిని బ్యాటరీ యొక్క ధనావేశానికి మరియు మరొక పలకను బ్యాటరీ యొక్క రుణావేశానికి అనుసంధానిస్తారు.
బ్యాటరీ యొక్క ధన ధ్రువానికి అనుసంధానించిన తర్వాత, బ్యాటరీపై ఉన్న ధన ఆవేశం ప్లేట్పై ఉన్న రుణ ఆవేశం గల ఎలక్ట్రాన్లను ఆకర్షిస్తుంది, తద్వారా ఆ ఎలక్ట్రాన్లు బ్యాటరీ యొక్క ధన ధ్రువం వైపు కదులుతాయి. దీనివల్ల ప్లేట్లలో ఎలక్ట్రాన్ల కొరత (రుణ ఆవేశం) మరియు ప్రోటాన్ల అధిక్యం (ధన ఆవేశం) ఏర్పడి, ప్లేట్లు ధన ఆవేశం పొందుతాయి.
బ్యాటరీ యొక్క రుణ ధ్రువానికి అనుసంధానించబడిన తర్వాత, ప్లేట్పై ఉన్న ధనావేశం, బ్యాటరీ యొక్క రుణ ధ్రువంపై ఉన్న రుణావేశిత ఎలక్ట్రాన్లను ఆకర్షిస్తుంది, తద్వారా ఆ ఎలక్ట్రాన్లు ప్లేట్ వైపు కదులుతాయి. దీనివల్ల ప్లేట్ ఎలక్ట్రాన్లతో ఓవర్లోడ్ అవుతుంది, ఫలితంగా ప్లేట్ రుణావేశం పొందుతుంది. రెండు ప్లేట్ల మధ్య ఉన్న పొటెన్షియల్ భేదం, రెండు బ్యాటరీ ధ్రువాల మధ్య ఉన్న పొటెన్షియల్ భేదానికి సమానమైన తర్వాత, ప్లేట్లు మరియు బ్యాటరీల మధ్య ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక ప్రక్రియ ఆగిపోతుంది.
రెండు వాహక పలకలపై విద్యుత్ ఆవేశాన్ని ఎలా పెంచుతారు? మరో మాటలో చెప్పాలంటే, బ్యాటరీ యొక్క ధన ధ్రువానికి మరియు దాని నుండి ఎలక్ట్రాన్లను బదిలీ చేయడానికి ఏమి చేయాలి? రెండు వాహకాల మధ్య ఉన్న విద్యుత్ పొటెన్షియల్ తేడా కంటే, రెండు బ్యాటరీ ధ్రువాల మధ్య ఉన్న విద్యుత్ పొటెన్షియల్ తేడా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు మాత్రమే ఎలక్ట్రాన్ స్థానభ్రంశం జరుగుతుంది. ప్రతి వాహక పలకలో విద్యుత్ ఆవేశం పెరిగేలా ఎలక్ట్రాన్ మళ్లీ కదలాలంటే, ఉపయోగించిన బ్యాటరీని తీసివేసి, దాని స్థానంలో ఎక్కువ విద్యుత్ పొటెన్షియల్ తేడా ఉన్న మరొక వోల్టేజ్ మూలాన్ని పెడతారు. వోల్టేజ్ మూలంలోని పొటెన్షియల్ తేడా, కెపాసిటర్ యొక్క పొటెన్షియల్ తేడాకు సమానమైనప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ల స్థానభ్రంశం ఆగిపోతుంది. అందువల్ల, వోల్టేజ్ మూలంలోని పొటెన్షియల్ తేడా ఎక్కువగా ఉంటే, కెపాసిటర్ పొటెన్షియల్ తేడా కూడా ఎక్కువగా ఉంటుంది.
పై సమీక్ష ఆధారంగా, ప్రతి వాహక పలకలో నిల్వ చేయబడిన విద్యుత్ ఆవేశం ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, ఆ రెండు వాహక పలకల మధ్య విద్యుత్ పొటెన్షియల్ భేదం అంత ఎక్కువగా ఉంటుందని నిర్ధారించవచ్చు. కాబట్టి, విద్యుత్ ఆవేశం (Q) విద్యుత్ పొటెన్షియల్ భేదానికి (V) అనుపాతంలో ఉంటుంది. విద్యుత్ ఆవేశానికి మరియు విద్యుత్ పొటెన్షియల్ భేదానికి మధ్య ఉన్న సంబంధం క్రింది పోలికలో పేర్కొనబడింది:
Q α V
స్థిరాంకం C ని జోడించడం ద్వారా పై పోలికలు సమీకరణాలుగా మార్చబడతాయి:
Q = CV లేదా C = Q / V
Q = విద్యుత్ ఆవేశం (కూలంబ్), V = విద్యుత్ పొటెన్షియల్ భేదం లేదా వోల్టేజ్ (వోల్ట్), C = స్థిరాంకం, దీనిని కెపాసిటర్ కెపాసిటెన్స్ అంటారు.
కెపాసిటెన్స్ విలువ విద్యుత్ ఆవేశం మరియు విద్యుత్ వోల్టేజ్పై ఆధారపడదు, కానీ వాహక పలక యొక్క ఆకారం మరియు పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కెపాసిటెన్స్ వాహక పలక యొక్క ఆకారం మరియు పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుందనడానికి గణిత రుజువు సమాంతర పలక కెపాసిటర్ అనే అంశంలో వివరించబడింది. ఆ అంశంలో, రెండు వాహకాల మధ్య శూన్యం ఉందని భావించబడింది.
ఒక కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్, రెండు వాహక పలకల మధ్య ఉండే పదార్థ స్వభావంపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఆ రెండు వాహక పలకల మధ్య ఉండే పదార్థాన్ని డైఎలెక్ట్రిక్ అంటారు. డైఎలెక్ట్రిక్లను కలిగి ఉన్న కెపాసిటర్ల కెపాసిటెన్స్ గురించి డైఎలెక్ట్రిక్ స్థిరాంకాలు అనే అంశంలో లోతుగా చర్చించబడింది.
కెపాసిటెన్స్ యొక్క యూనిట్
విద్యుత్ ఆవేశం యొక్క ప్రమాణం కూలంబ్ మరియు విద్యుత్ పొటెన్షియల్ భేదం యొక్క ప్రమాణం వోల్ట్, కాబట్టి అది పైన ఉన్న కెపాసిటెన్స్ సమీకరణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కెపాసిటెన్స్ ప్రమాణం కూలంబ్ పర్ వోల్ట్ (C/V), దీనిని ఫారడ్ (F) అని కూడా అంటారు, ఇది బ్రిటిష్ శాస్త్రవేత్త మైఖేల్ ఫారడే (1791-1867) పేరు నుండి వచ్చింది. కాబట్టి, 1 ఫారడ్ = 1 కూలంబ్/వోల్ట్.
2 ఫారడ్ విలువ కలిగిన ఒక కెపాసిటర్, దాని ఒక వాహక పలకపై +2 కూలంబుల విద్యుత్ ఆవేశాన్ని మరియు మరొక వాహక పలకపై -2 కూలంబుల విద్యుత్ ఆవేశాన్ని నిల్వ చేస్తుందని అనుకుందాం. ఆ రెండు వాహక పలకల మధ్య 1 వోల్ట్ పొటెన్షియల్ భేదం ఉంటుంది. ఒకవేళ 12 వోల్ట్ బ్యాటరీని కెపాసిటర్కు అనుసంధానిస్తే, విద్యుత్ ఆవేశం పొందిన వాహక పలకలలో ఒకటి Q = CV = (2) (12 వోల్టులు) = +24 కూలంబుల ఆవేశాన్ని కలిగి ఉంటుంది, కాగా మరొక వాహక పలక -24 కూలంబుల ఆవేశాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
ఫారడ్ అనేది ఒక భారీ కెపాసిటెన్స్ యూనిట్ అని దయచేసి గమనించండి, అందువల్ల దీనిని సాధారణంగా మైక్రోఫారడ్ (μF -6 ఫారడ్ ) లేదా పికోఫారడ్ (pF -12 ఫారడ్) వంటి చిన్న యూనిట్లుగా ఉపయోగిస్తారు. ఫారడ్ ఒక భారీ యూనిట్ అని చూపించే గణిత లెక్కలు, సమాంతర పలక కెపాసిటర్ అనే అంశంలో చర్చించబడ్డాయి.
