کیپسیٹرز میں برقی توانائی ذخیرہ کرنے کا مواد
ایک کپیسیٹر دو پلیٹوں / کنڈکٹرز کی چادروں پر مشتمل ہوتا ہے اور دو کنڈکٹرز کے درمیان ایک ڈائی الیکٹرک ہوتا ہے ۔ ابتدائی طور پر، دونوں کنڈکٹر برقی طور پر چارج نہیں ہوتے ہیں۔ کیپسیٹر کے کام کرنے کے لیے، کنڈکٹر کی ہر پلیٹ/شیٹ کو برقی طور پر چارج کیا جانا چاہیے، جہاں ہر کنڈکٹر پر برقی چارج کی مقدار ایک جیسی ہے لیکن مختلف اقسام۔ مثال کے طور پر، ایک کنڈکٹر کا چارج Q = +10 Coulomb ہے تو دوسرے کنڈکٹر کا چارج Q = -10 Coulomb ہے۔ دونوں کنڈکٹرز پر ایک ہی برقی چارج لیکن مخالف اقسام کی موجودگی دو موصل پلیٹوں کے درمیان ایک برقی میدان بناتی ہے ، جہاں برقی میدان کی سمت مثبت چارج سے منفی چارج کی طرف ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، دو کنڈکٹرز کے درمیان الیکٹرک پوٹینشل فرق بھی پیدا ہوتا ہے، جہاں مثبت چارجڈ کنڈکٹر میں برقی صلاحیت زیادہ ہوتی ہے جبکہ منفی چارجڈ کنڈکٹر میں برقی صلاحیت کم ہوتی ہے۔
دونوں کنڈکٹرز کو چارج کرنے کے لیے، وہ طاقت کے منبع سے جڑے ہوتے ہیں، جیسے کہ بیٹری یا دیگر پاور سورس۔ ابتدائی طور پر، دونوں کنڈکٹر غیر جانبدار ہوتے ہیں، برابر تعداد میں منفی چارج شدہ الیکٹران اور مثبت چارج شدہ پروٹون ہوتے ہیں۔ اس کے بعد الیکٹران ایک کنڈکٹر سے دوسرے کنڈکٹر میں منتقل ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں کنڈکٹر الیکٹران کھو دیتا ہے مثبت طور پر چارج ہو جاتا ہے اور کنڈکٹر الیکٹران حاصل کرنے والا منفی چارج ہو جاتا ہے۔ منتقل کیے گئے الیکٹرانوں کی تعداد موصول ہونے والے الیکٹرانوں کی تعداد کے برابر ہے، جس کے نتیجے میں ہر کنڈکٹر پر ایک ہی برقی چارج ہوتا ہے۔ واضح رہے کہ جب ایک کپیسیٹر بیٹری سے منسلک ہوتا ہے تو بیٹری ایک کنڈکٹر کے طور پر کام کرتی ہے، الیکٹران کو ایک موصل سے دوسرے موصل میں منتقل کرتی ہے۔
ایک کنڈکٹر منفی قطب سے جڑا ہوا ہے اور دوسرا کنڈکٹر مثبت قطب سے جڑا ہوا ہے۔ دو بیٹری ٹرمینلز کے درمیان الیکٹریکل پوٹینشل فرق (V) کی موجودگی ایک موصل سے دوسرے میں الیکٹران (q) کی منتقلی کا سبب بنتی ہے۔ جب دو کنڈکٹرز کے درمیان ممکنہ فرق بیٹری کے ممکنہ فرق کے برابر ہو جائے تو الیکٹران کی منتقلی رک جاتی ہے۔ ابتدائی طور پر، جب کنڈکٹر برقی طور پر چارج نہیں ہوتے ہیں، تو الیکٹرانوں کو منتقل کرنے کے لیے کسی کام کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ ایک بار جب ہر کنڈکٹر پر برقی چارج ہوجاتا ہے، تو الیکٹرانوں کو منتقل کرنے کے لیے کام کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہر موصل پر برقی چارج جتنا زیادہ ہوگا، الیکٹرانوں کے درمیان ریپلسیو فورس کی وجہ سے الیکٹرانوں کو حرکت دینے کے لیے اتنا ہی زیادہ کام درکار ہوگا۔
ایک موصل سے دوسرے موصل میں الیکٹران کی منتقلی بیک وقت نہیں ہوتی بلکہ بتدریج ہوتی ہے تاکہ دو موصلوں کے درمیان برقی وولٹیج بھی بتدریج بڑھے۔ لہذا الیکٹران کی منتقلی کے دوران کل کام (W) کا حساب لگانے کے لیے، اوسط وولٹیج کی قدر (V/2) استعمال کی جاتی ہے۔ لہذا الیکٹرانوں کو منتقل کرنے کے لیے کیا جانے والا کام W = Q (V/2) = 1/2 Q V ہے۔ کیونکہ الیکٹرانوں کو منتقل کرنے کا کام کیپسیٹر میں ذخیرہ شدہ برقی پوٹینشل انرجی میں تبدیل ہوتا ہے، اس لیے کیپسیٹر میں ذخیرہ شدہ برقی پوٹینشل انرجی EP = 1/2 Q V ہے۔ کیونکہ Q = CV، فارمولہ EP = 1/2 QV کو تبدیل کیا جا سکتا ہے (QV = 1/2) QV = 1/2) 1/2 CV 2 اور EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q 2 /C۔ معلومات: Q = برقی چارج، C = capacitance، V = الیکٹریکل وولٹیج۔
برقی میدان میں برقی توانائی
چارجنگ کے عمل کے دوران، جب ہر کنڈکٹر چارج کرنا شروع کرتا ہے، دو کنڈکٹر پلیٹوں/شیٹس کے درمیان ایک برقی میدان بن جاتا ہے۔ لہٰذا، کیا جانے والا کام نہ صرف کنڈکٹر کو برقی طور پر چارج کرنے کا سبب بنتا ہے، بلکہ بالواسطہ طور پر دو کنڈکٹر پلیٹوں/شیٹس کے درمیان ایک برقی میدان بھی بناتا ہے۔ چونکہ کام کیپسیٹر میں ذخیرہ شدہ برقی ممکنہ توانائی میں تبدیل ہو جاتا ہے، اس لیے یہ سمجھا جا سکتا ہے کہ توانائی برقی میدان میں محفوظ ہے۔
مندرجہ ذیل فارمولہ ریاضیاتی طور پر برقی ممکنہ توانائی اور برقی شعبوں کے درمیان تعلق کو ثابت کرنے کے لیے اخذ کیا گیا ہے۔
متوازی پلیٹ کیپسیٹرز کے عنوان والے مضمون میں ، فارمولا C = A ε o /s اخذ کیا گیا ہے اور الیکٹرک پوٹینشل کے عنوان سے مضمون میں، فارمولہ V = E s بیان کیا گیا ہے۔ اس سے پہلے، ایک کپیسیٹر میں ذخیرہ شدہ برقی پوٹینشل انرجی کا فارمولہ اخذ کیا گیا ہے، یعنی EP = 1/2 CV 2 ۔
فارمولہ کی تفصیل: EP = برقی امکانی توانائی، A = سطح کا رقبہ، s = فاصلہ، A s = حجم، E = الیکٹرک فیلڈ، EP/A s = برقی ممکنہ توانائی فی یونٹ حجم = توانائی کی کثافت۔
مندرجہ بالا فارمولہ یہ بتاتا ہے کہ برقی میدان میں جگہ کی فی یونٹ حجم برقی ممکنہ توانائی برقی میدان کے مربع کے متناسب ہے۔ اگر دو کنڈکٹنگ پلیٹوں/شیٹس کے درمیان ڈائی الیکٹرک ہے، تو ε o (خالی جگہ کی اجازت) کو مواد کی اجازت (ε) سے بدل دیا جاتا ہے۔ اگرچہ توانائی کی کثافت کی یہ مساوات متوازی پلیٹ کیپسیٹر مساوات کا استعمال کرتے ہوئے اخذ کی گئی ہے، لیکن یہ مساوات ان تمام خالی جگہوں پر بھی لاگو ہوتی ہے جن میں برقی میدان ہے۔
