कॅपेसिटर चार्ज करणे आणि डिस्चार्ज करणे

कॅपेसिटर चार्ज

कॅपेसिटर चार्ज करण्यासाठी, आपल्याला ते डीसी सर्किटशी कनेक्ट करणे आवश्यक आहे. अंजीर मध्ये. 1 कॅपेसिटर चार्जिंग सर्किट दाखवते. कॅपेसिटर सी जनरेटरच्या टर्मिनल्सशी जोडलेले आहे. सर्किट बंद करण्यासाठी किंवा उघडण्यासाठी की वापरली जाऊ शकते. कॅपेसिटर चार्ज करण्याच्या प्रक्रियेवर तपशीलवार नजर टाकूया.

जनरेटरला अंतर्गत प्रतिकार असतो. जेव्हा स्विच बंद असेल, तेव्हा कॅपेसिटर प्लेट्समधील व्होल्टेजवर e च्या बरोबरीने चार्ज होईल. इ. v. जनरेटर: Uc = E. या प्रकरणात, जनरेटरच्या सकारात्मक टर्मिनलला जोडलेल्या प्लेटला सकारात्मक शुल्क (+q) प्राप्त होते आणि दुसऱ्या प्लेटला समान ऋण शुल्क (-q) प्राप्त होते. चार्ज q चा आकार कॅपेसिटर C च्या क्षमतेच्या आणि त्याच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेजच्या थेट प्रमाणात आहे: q = CUc

पे. 1… कॅपेसिटर चार्जिंग सर्किट

कॅपेसिटर प्लेट्स चार्ज करण्यासाठी, त्यापैकी एकाने मिळवणे आणि दुसर्‍याला विशिष्ट प्रमाणात इलेक्ट्रॉन गमावणे आवश्यक आहे.एका प्लेटमधून दुसर्‍या प्लेटमध्ये इलेक्ट्रॉनचे हस्तांतरण जनरेटरच्या इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सद्वारे बाह्य सर्किटसह केले जाते आणि सर्किटच्या बाजूने चार्ज हलविण्याची प्रक्रिया इलेक्ट्रिक करंटपेक्षा अधिक काही नसते, याला चार्जिंग कॅपेसिटिव्ह करंट म्हणतात.

कॅपेसिटरमधील व्होल्टेज e च्या बरोबरीच्या मूल्यापर्यंत पोहोचेपर्यंत मूल्यातील चार्जिंग करंट सामान्यतः सेकंदाच्या हजारव्या भागात वाहते. इ. v. जनरेटर. चार्जिंग दरम्यान कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज वाढीचा आलेख अंजीरमध्ये दर्शविला आहे. 2, a, ज्यावरून हे पाहिले जाऊ शकते की व्होल्टेज Uc सहजतेने, प्रथम वेगाने, आणि नंतर अधिक आणि हळू हळू, जोपर्यंत ते e च्या बरोबरीचे होत नाही तोपर्यंत. इ. v. जनरेटर E. त्यानंतर, कॅपेसिटरमधील व्होल्टेज अपरिवर्तित राहतो.

तांदूळ. 2. कॅपेसिटर चार्ज करताना व्होल्टेज आणि करंटचे आलेख

कॅपेसिटर चार्ज होताना, सर्किटमधून चार्जिंग करंट वाहते. चार्ज वर्तमान आलेख अंजीर मध्ये दर्शविला आहे. 2, बी. सुरुवातीच्या क्षणी, चार्जिंग करंटचे मूल्य सर्वात मोठे असते, कारण कॅपेसिटरमधील व्होल्टेज अद्याप शून्य आहे आणि ओहमच्या नियमानुसार iotax = E /Ri, सर्व e., इ. c जनरेटर प्रतिकार Ri वर लागू केला जातो.

जसे की कॅपेसिटर चार्ज होतो, म्हणजे, त्याच्या ओलांडून व्होल्टेज वाढते, ते चार्जिंग करंटसाठी कमी होते. जेव्हा कॅपॅसिटरवर आधीपासून व्होल्टेज असते, तेव्हा रेझिस्टन्सवर व्होल्टेज ड्रॉप e मधील फरकाच्या समान असेल. इ. v. जनरेटर आणि कॅपेसिटर व्होल्टेज, म्हणजे E — U s च्या बरोबरीचे. म्हणून itax = (E-Us) / Ri

येथून हे पाहिले जाऊ शकते की जसजसा Uc वाढतो, icharge होतो आणि Uc = E वर चार्जिंग करंट शून्य होते.

येथे ओमच्या कायद्याबद्दल अधिक वाचा: सर्किटच्या विभागासाठी ओमचा नियम

कॅपेसिटर चार्जिंग प्रक्रियेचा कालावधी दोन प्रमाणात अवलंबून असतो:

1) जनरेटर Ri च्या अंतर्गत प्रतिकार पासून,

२) कॅपेसिटरच्या कॅपेसिटन्समधून C.

अंजीर मध्ये. 2 10 मायक्रोफॅरॅड्स क्षमतेच्या कॅपेसिटरसाठी शोभिवंत प्रवाहांचे आलेख दर्शविते: वक्र 1 जनरेटरच्या ई सह चार्जिंग प्रक्रियेशी संबंधित आहे. इ. E = 100 V सह आणि अंतर्गत प्रतिकार Ri= 10 Ohm सह, वक्र 2 समान e असलेल्या जनरेटरच्या चार्जिंग प्रक्रियेशी संबंधित आहे. सह, परंतु कमी अंतर्गत प्रतिकारासह: Ri = 5 ohms.

या वक्रांच्या तुलनेत, असे दिसून येते की जनरेटरच्या कमी अंतर्गत प्रतिकारासह, सुरुवातीच्या क्षणी मोहक प्रवाहाची ताकद जास्त असते आणि त्यामुळे चार्जिंग प्रक्रिया जलद होते.

तांदूळ. 2. वेगवेगळ्या प्रतिकारांवर चार्जिंग करंटचे आलेख

अंजीर मध्ये. 3 समान जनरेटरमधून चार्ज करताना चार्जिंग करंटच्या आलेखांची तुलना e सह करते. इ. E = 100 V आणि अंतर्गत प्रतिकार Ri = 10 ohms भिन्न क्षमता असलेल्या दोन कॅपेसिटर: 10 मायक्रोफॅरॅड्स (वक्र 1) आणि 20 मायक्रोफॅरॅड्स (वक्र 2).

प्रारंभिक चार्जिंग करंट iotax = E /Ri = 100/10 = 10 दोन्ही कॅपेसिटर सारखेच आहेत, कारण मोठ्या क्षमतेचा कॅपेसिटर जास्त वीज साठवतो, नंतर त्याच्या चार्जिंग करंटला जास्त वेळ लागतो आणि चार्जिंग प्रक्रिया जास्त - लांब असते.

तांदूळ. 3. वेगवेगळ्या क्षमतेसह चार्जिंग करंट्सचे टेबल

कॅपेसिटर डिस्चार्ज

जनरेटरमधून चार्ज केलेले कॅपेसिटर डिस्कनेक्ट करा आणि त्याच्या प्लेट्सला एक प्रतिकार जोडा.

कॅपेसिटर Us च्या प्लेट्सवर एक व्होल्टेज आहे, म्हणून, बंद सर्किटमध्ये, डिस्चार्ज कॅपेसिटिव्ह करंट आयर नावाचा करंट वाहतो.

कॅपेसिटरच्या सकारात्मक प्लेटमधून नकारात्मक प्लेटच्या प्रतिकाराद्वारे विद्युत प्रवाह. हे अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन्सच्या नकारात्मक प्लेटपासून सकारात्मककडे संक्रमणाशी संबंधित आहे, जेथे ते अनुपस्थित आहेत.पंक्ती फ्रेमची प्रक्रिया दोन प्लेट्सची क्षमता समान होईपर्यंत घडते, म्हणजेच त्यांच्यातील संभाव्य फरक शून्य होतो: Uc = 0.

अंजीर मध्ये. 4a Uco = 100 V ते शून्य या मूल्यापासून डिस्चार्ज दरम्यान कॅपेसिटरमधील व्होल्टेज कमी झाल्याचा आलेख दर्शवितो आणि व्होल्टेज प्रथम वेगाने कमी होतो आणि नंतर अधिक हळूहळू.

अंजीर मध्ये. 4, b डिस्चार्ज करंटमधील बदलांचा आलेख दाखवतो. डिस्चार्ज करंटची ताकद रेझिस्टन्स R च्या मूल्यावर अवलंबून असते आणि ओहमच्या नियमानुसार ires = Uc/R

तांदूळ. 4. कॅपेसिटर डिस्चार्ज दरम्यान व्होल्टेज आणि प्रवाहांचे आलेख

सुरुवातीच्या क्षणी, जेव्हा कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज सर्वात मोठा असतो, तेव्हा डिस्चार्ज करंट देखील सर्वात मोठा असतो आणि डिस्चार्ज दरम्यान Uc मध्ये घट झाल्यास, डिस्चार्ज करंट देखील कमी होतो. Uc = 0 वर, डिस्चार्ज करंट थांबतो.

विल्हेवाटीचा कालावधी यावर अवलंबून असतो:

1) कॅपेसिटर C च्या कॅपेसिटन्स पासून

2) प्रतिकार R च्या मूल्यावर ज्यावर कॅपेसिटर डिस्चार्ज होतो.

प्रतिरोधक R जितका जास्त असेल तितका स्राव कमी होईल. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की मोठ्या प्रतिकारासह, डिस्चार्ज करंटची ताकद कमी असते आणि कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवरील चार्जचे प्रमाण हळूहळू कमी होते.

हे त्याच कॅपेसिटरच्या डिस्चार्ज करंटच्या आलेखांमध्ये 10 μF क्षमतेसह आणि 100 V च्या व्होल्टेजवर, प्रतिकाराच्या दोन भिन्न मूल्यांवर (चित्र 5): वक्र 1 — आर येथे दर्शविले जाऊ शकते. =40 ohms, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A आणि वक्र 2 — 20 Ohm ioresr = 100/20 = 5 A वर.

तांदूळ. 5. वेगवेगळ्या प्रतिकारांवर डिस्चार्ज करंटचे आलेख

जेव्हा कॅपेसिटरची क्षमता मोठी असते तेव्हा डिस्चार्ज देखील मंद होतो.याचे कारण असे की कॅपेसिटर प्लेट्सवर अधिक कॅपॅसिटन्ससह, अधिक वीज (अधिक चार्ज) असते आणि चार्ज निचरा होण्यासाठी जास्त वेळ लागतो. हे समान क्षमतेच्या दोन कॅपेसिटरसाठी डिस्चार्ज करंट्सच्या आलेखाद्वारे स्पष्टपणे दर्शविले गेले आहे, 100 V च्या समान व्होल्टेजवर चार्ज केला जातो आणि R= 40 ohms (चित्र 6: वक्र 1 — क्षमता असलेल्या कॅपेसिटरसाठी) 10 मायक्रोफॅरॅड्स आणि वक्र 2 - 20 मायक्रोफॅरॅड्स क्षमतेच्या कॅपेसिटरसाठी).

तांदूळ. 6. वेगवेगळ्या शक्तींवर डिस्चार्ज करंट्सचे आलेख

विचारात घेतलेल्या प्रक्रियांमधून, असा निष्कर्ष काढला जाऊ शकतो की कॅपेसिटर असलेल्या सर्किटमध्ये, जेव्हा प्लेट्सवरील व्होल्टेज बदलते तेव्हाच चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगच्या क्षणी विद्युत प्रवाह वाहतो.

हे या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केले आहे की जेव्हा व्होल्टेज बदलते तेव्हा प्लेट्सवरील शुल्काचे प्रमाण बदलते आणि यासाठी सर्किटच्या बाजूने शुल्काची हालचाल आवश्यक असते, म्हणजेच विद्युत प्रवाह सर्किटमधून जाणे आवश्यक आहे. चार्ज केलेला कॅपेसिटर थेट करंट पास करत नाही कारण त्याच्या प्लेट्समधील डायलेक्ट्रिक सर्किट उघडतो.

कॅपेसिटर ऊर्जा

चार्जिंग प्रक्रियेदरम्यान, कॅपेसिटर जनरेटरकडून ऊर्जा प्राप्त करून साठवतो. जेव्हा कॅपेसिटर डिस्चार्ज केला जातो, तेव्हा विद्युत क्षेत्राची सर्व उर्जा उष्णता उर्जेमध्ये रूपांतरित होते, म्हणजेच, ती प्रतिकारशक्तीला उष्णतेकडे जाते ज्याद्वारे कॅपेसिटर डिस्चार्ज केला जातो. कॅपेसिटरची कॅपॅसिटन्स आणि त्याच्या प्लेट्समधील व्होल्टेज जितकी जास्त असेल तितकी कॅपेसिटरच्या इलेक्ट्रिक फील्डची ऊर्जा जास्त असेल. व्होल्टेज U ला चार्ज केलेल्या C क्षमतेच्या कॅपेसिटरच्या ताब्यात असलेल्या ऊर्जेचे प्रमाण समान आहे: W = Wc = CU2/2

एक उदाहरण. कॅपेसिटर C = 10 μF व्होल्टेज Uc = 500 V ला चार्ज केला जातो.कॅपेसिटर डिस्चार्ज होणार्‍या रेझिस्टन्सवर उष्णतेच्या शक्तीमध्ये सोडली जाणारी ऊर्जा निश्चित करा.

उत्तर द्या. डिस्चार्ज दरम्यान, कॅपेसिटरद्वारे संचयित केलेली सर्व ऊर्जा उष्णतेमध्ये बदलली जाईल. म्हणून W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J.