चार्ज केलेल्या कॅपेसिटरची ऊर्जा, कॅपेसिटरचा वापर

धातू विजेचे उत्कृष्ट वाहक आहेत. ते वीज चालवतात कारण त्यांच्याकडे विद्युत शुल्क नसलेले विनामूल्य इलेक्ट्रॉन वाहक आहेत. आणि जर EMF च्या स्थिर स्त्रोताच्या मदतीने तांब्याच्या तारेचा संभाव्य फरक तयार केला गेला तर अशा वायरमध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण होईल - इलेक्ट्रॉन ईएमएफच्या नकारात्मक टर्मिनलमधून पुढे येतील. स्त्रोत - त्याच्या सकारात्मक टर्मिनलवर.

याउलट, डायलेक्ट्रिक्स हे विद्युत प्रवाहाचे वाहक नसतात, कारण त्यांच्यामध्ये विद्युत शुल्काचे कोणतेही मुक्त वाहक नसतात. डायलेक्ट्रिक्समधील सकारात्मक आणि नकारात्मक चार्ज वाहक एकमेकांशी जोडलेले असतात आणि तथाकथित विद्युत द्विध्रुव तयार करतात, जे बाह्य विद्युत क्षेत्रामध्ये केवळ फिरू शकतात, परंतु विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली अनुवादितपणे हलविण्यात अक्षम असतात.

यावर अधिक: धातू आणि डायलेक्ट्रिक्समधील फरक, आणि डायलेक्ट्रिक्स वीज का चालवत नाहीत

उदाहरणार्थ, पीव्हीसी पाईपच्या स्वरूपात डायलेक्ट्रिकचा तुकडा घ्या (पॉलीव्हिनाईल क्लोराईड एक डायलेक्ट्रिक आहे).नळीच्या बाहेरील पृष्ठभागाला क्लिंग फिल्मने झाकून टाका आणि आतून अधिक चुरगळलेल्या फॉइलमध्ये पॅक करा जेणेकरून ते ट्यूबच्या आतील भिंतींना स्पर्श करेल.

जर आपण आता ईएमएफचा स्रोत घेतला तर म्हणा बॅटरी 24 व्होल्ट्सचे आणि त्यास नकारात्मक ध्रुवाशी आतील फॉइलशी आणि सकारात्मक ध्रुवाशी बाहेरील भागाशी जोडणे, नंतर फॉइलच्या दोन्ही भागांना बॅटरीमधून भिन्न चिन्हे आणि आतून बाहेरून निर्देशित केलेले विद्युत क्षेत्र प्राप्त होईल. पीव्हीसी पाईप भिंतीच्या संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये कार्य करा.

म्हणून, या विद्युत क्षेत्रामध्ये, डायलेक्ट्रिक रेणू (PVC) वळतील, बाह्य विद्युत क्षेत्रानुसार स्वतःला दिशा देतात — डायलेक्ट्रिक ध्रुवीकृत आहे जेणेकरून त्याचे घटक रेणू त्यांच्या नकारात्मक बाजू बाहेरच्या दिशेने वळवतात — अनुक्रमे, सकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे (बॅटरी प्लसला जोडलेल्या फॉइलकडे), त्यांच्या सकारात्मक बाजूंसह — आतील बाजूस, नकारात्मक इलेक्ट्रोडकडे. चला बॅटरी काढूया.

पॉझिटिव्ह चार्ज बाहेरील फॉइलवर राहतो, कारण तो अजूनही बाहेरच्या दिशेने असलेल्या पीव्हीसी रेणूंच्या नकारात्मक चार्ज केलेल्या बाजूंनी धरलेला असतो आणि आतील बाजूस नकारात्मक चार्ज असतो, कारण तो वळलेल्या डायलेक्ट्रिक रेणूंच्या सकारात्मक बाजूंनी धरलेला असतो. आतील बाजूस सर्व काही इलेक्ट्रोस्टॅटिक्सच्या कायद्यानुसार पूर्ण झाले.

जर तुम्ही आता फॉइलचे बाह्य आणि आतील भाग पक्कडांनी बंद केले, तर बंद होण्याच्या क्षणी तुम्हाला एक लहान ठिणगी दिसू शकते: प्लेट्सचे विरुद्ध शुल्क एकमेकांना आकर्षित करतात आणि वायर (टोंग्स) आणि डायलेक्ट्रिकमधून प्रवाह निर्माण करतात. त्याच्या मूळ तटस्थ स्थितीकडे परत येते.

हे सांगणे सुरक्षित आहे की या यंत्रामध्ये, एक डायलेक्ट्रिक ट्यूब आणि दोन फॉइल प्लेट्स असतात, जेव्हा त्यास बॅटरी जोडली जाते, तेव्हा त्याचे संचय विद्युत ऊर्जा.

समान कॉन्फिगरेशन असलेल्या उपकरणांना म्हणतात - एकमेकांपासून विलग केलेल्या प्रवाहकीय प्लेट्समध्ये बंद केलेले डायलेक्ट्रिक इलेक्ट्रिकल कॅपेसिटर.

हे मजेदार आहे:कॅपेसिटर आणि बॅटरी - काय फरक आहे?

ऐतिहासिकदृष्ट्या, पहिला प्रोटोटाइप कॅपेसिटर, लीडेन बँक, जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ इवाल्ड जर्गन फॉन क्लेइस्ट आणि स्वतंत्रपणे डच भौतिकशास्त्रज्ञ पीटर व्हॅन मुशेनब्रुक यांनी 1745 मध्ये लीडेनमध्ये शोधला होता.

चार्ज केलेल्या कॅपेसिटरची उर्जा ही ज्या व्होल्टेजवर (प्लेट्समधील संभाव्य फरक) चार्ज केली जाते त्यावर अवलंबून असते, कारण आपण एकमेकांपासून विभक्त झालेल्या प्लेट्सवरील विरुद्ध शुल्काच्या संभाव्य उर्जेबद्दल बोलत आहोत.

म्हणून, ही उर्जा या चार्जेसचे इलेक्ट्रिक फील्ड जेव्हा ते एकमेकांना आकर्षित करतात तेव्हा (किंवा कॅपेसिटरच्या चार्जिंग दरम्यान ते वेगळे झाल्यावर स्त्रोताने केले होते) केलेल्या कामाच्या समान आहे. चार्जचा प्राथमिक भाग एका प्लेटमधून दुसर्‍या प्लेटमध्ये हलविण्याचे प्राथमिक कार्य समान आहे:

भिन्न कॉन्फिगरेशनचे कॅपेसिटर, जेव्हा समान शुल्कासह चार्ज केले जातात, तेव्हा प्लेट्समधील भिन्न संभाव्य फरक अनुभवतील. हे असेही म्हणता येईल की वेगवेगळ्या कॅपेसिटरसाठी, प्लेट्सवर लागू केलेल्या भिन्न व्होल्टेजमुळे परिमाणात्मक भिन्न चार्ज होईल.

सराव मध्ये, याचा अर्थ असा आहे की प्रत्येक कॅपेसिटरचे विशिष्ट स्थिर मूल्य असते, एक वैशिष्ट्य जे त्या विशिष्ट कॅपेसिटरचे वैशिष्ट्य असते, त्याच्या कॉन्फिगरेशनशी संबंधित, प्लेट्सचा आकार, डायलेक्ट्रिकचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक इ. या पॅरामीटरला म्हणतात विद्युत क्षमता C. कॅपेसिटर q वरील चार्ज त्याच्या U प्लेट्समधील संभाव्य फरकाशी खालीलप्रमाणे संबंधित आहे:

म्हणून, चार्ज केलेल्या कॅपेसिटरच्या एकूण ऊर्जेची अभिव्यक्ती, एकदा समाकलित केल्यानंतर, खालीलप्रमाणे लिहिता येईल:

आज, विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या विविध क्षेत्रांमध्ये कॅपेसिटरचा वापर केला जातो: विद्युत ऊर्जा साठवण उपकरणे, वीज पुरवठ्यामध्ये लाटा गुळगुळीत करण्यासाठी फिल्टर म्हणून, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या आरसी सर्किट्सच्या नियंत्रणादरम्यान, प्रतिक्रियाशील उर्जा नुकसान भरपाई उपकरणांमध्ये, इंडक्शन इंस्टॉलेशन्समध्ये आणि रेडिओ उपकरणांमध्ये. ऑसीलेटिंग सर्किटचे, शक्तिशाली पल्स जनरेटरमध्ये, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक प्रवेगकांमध्ये, हवेतील आर्द्रता मीटरमध्ये इ.

अधिक तपशीलांसाठी येथे पहा:इलेक्ट्रिकल सर्किट्समध्ये कॅपेसिटर का वापरले जातात?