एसी कॅपेसिटर

सह सर्किट एकत्र करू कॅपेसिटर, जेथे अल्टरनेटर साइनसॉइडल व्होल्टेज निर्माण करतो. जेव्हा आपण स्विच बंद करतो तेव्हा सर्किटमध्ये काय होईल याचे क्रमशः विश्लेषण करूया. जेव्हा जनरेटर व्होल्टेज शून्य असेल तेव्हा आम्ही प्रारंभिक क्षणाचा विचार करू.

कालावधीच्या पहिल्या तिमाहीत, जनरेटर टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज वाढेल, शून्यापासून सुरू होईल आणि कॅपेसिटर चार्ज होण्यास सुरवात होईल. सर्किटमध्ये एक करंट दिसेल, तथापि, कॅपेसिटर चार्ज करण्याच्या पहिल्या क्षणी, त्याच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज नुकतेच दिसू लागले आहे आणि अद्याप खूपच लहान आहे हे असूनही, सर्किटमधील करंट (चार्जिंग करंट) सर्वात मोठा असेल. . कॅपेसिटरवरील चार्ज वाढल्याने, सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह कमी होतो आणि कॅपेसिटर पूर्ण चार्ज झाल्यावर त्या क्षणी शून्यावर पोहोचतो. या प्रकरणात, कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज, जनरेटरच्या व्होल्टेजचे काटेकोरपणे पालन करून, या क्षणी जास्तीत जास्त बनते, परंतु उलट चिन्हासह, म्हणजेच ते जनरेटरच्या व्होल्टेजकडे निर्देशित केले जाते.

तांदूळ. 1. कॅपॅसिटन्ससह सर्किटमध्ये वर्तमान आणि व्होल्टेज बदलणे

अशाप्रकारे, विद्युत् प्रवाह सर्वात मोठ्या शक्तीने कॅपेसिटरमध्ये विनामूल्य धावतो, परंतु जेव्हा कॅपेसिटरच्या प्लेट्स चार्जेसने भरल्या जातात आणि पूर्णपणे चार्ज होत असताना शून्यावर पडतात तेव्हा लगेच कमी होऊ लागते.

या घटनेची तुलना दोन संप्रेषण वाहिन्यांना जोडणाऱ्या पाईपमधील पाण्याच्या प्रवाहाचे काय होते याच्याशी करूया (चित्र 2), ज्यापैकी एक भरली आहे आणि दुसरी रिकामी आहे. पाण्याचा मार्ग अडवणारा झडपा फक्त दाबावा लागतो, कारण पाणी लगेचच डाव्या पात्रातून मोठ्या दाबाने पाईपमधून रिकाम्या उजव्या पात्रात जाते. ताबडतोब, तथापि, वाहिन्यांमधील पातळीच्या समानीकरणामुळे पाईपमधील पाण्याचा दाब हळूहळू कमकुवत होऊ लागतो आणि शून्यावर घसरतो. पाण्याचा प्रवाह थांबेल.

तांदूळ. 2. दळणवळण वाहिन्यांना जोडणार्‍या पाईपमधील पाण्याच्या दाबात होणारा बदल कॅपेसिटरच्या चार्जिंगच्या वेळी सर्किटमधील करंटमधील बदलासारखाच असतो.

त्याचप्रमाणे, विद्युत प्रवाह प्रथम चार्ज न केलेल्या कॅपेसिटरमध्ये जातो आणि नंतर तो चार्ज होत असताना हळूहळू कमकुवत होतो.

कालावधीचा दुसरा तिमाही सुरू होताना, जेव्हा जनरेटर व्होल्टेज सुरुवातीला हळूहळू सुरू होते आणि नंतर अधिक आणि अधिक वेगाने कमी होते, तेव्हा चार्ज केलेला कॅपेसिटर जनरेटरला डिस्चार्ज करेल, ज्यामुळे सर्किटमध्ये डिस्चार्ज करंट होईल. जनरेटर व्होल्टेज कमी झाल्यामुळे, कॅपेसिटर अधिकाधिक डिस्चार्ज होतो आणि सर्किटमध्ये डिस्चार्ज करंट वाढते. कालावधीच्या या तिमाहीत डिस्चार्ज करंटची दिशा पहिल्या तिमाहीत चार्ज करंटच्या दिशेच्या विरुद्ध असते. त्यानुसार, वर्तमान वक्र ज्याने शून्य मूल्य पार केले आहे ते आता वेळ अक्षाच्या खाली स्थित आहे.

पहिल्या अर्ध्या-चक्राच्या शेवटी, जनरेटर व्होल्टेज, तसेच कॅपेसिटर व्होल्टेज, वेगाने शून्यापर्यंत पोहोचते आणि सर्किट प्रवाह हळूहळू त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचतो. सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहाचे मूल्य मोठे आहे, सर्किटमध्ये वाहून नेल्या जाणार्‍या चार्जचे मूल्य जास्त आहे, हे स्पष्ट होईल की कॅपेसिटरच्या प्लेट्सवरील व्होल्टेज असताना विद्युत प्रवाह जास्तीत जास्त का पोहोचतो आणि त्यामुळे चार्ज चालू असतो. कॅपेसिटर, वेगाने कमी होते.

कालावधीच्या तिसर्‍या तिमाहीच्या सुरूवातीस, कॅपेसिटर पुन्हा चार्ज होण्यास सुरवात करतो, परंतु त्याच्या प्लेट्सची ध्रुवीयता तसेच जनरेटरची ध्रुवीयता बदलते "आणि त्याउलट, आणि प्रवाह, त्याचप्रमाणे प्रवाह चालू ठेवतो. दिशा, कॅपेसिटर चार्ज झाल्यावर कमी होण्यास सुरुवात होते. कालावधीच्या तिसऱ्या तिमाहीच्या शेवटी, जेव्हा जनरेटर आणि कॅपेसिटर व्होल्टेज त्यांच्या कमालपर्यंत पोहोचतात, तेव्हा विद्युत प्रवाह शून्यावर जातो.

कालावधीच्या शेवटच्या तिमाहीत, व्होल्टेज, घटते, शून्यावर येते आणि वर्तमान, सर्किटमध्ये त्याची दिशा बदलून, त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचते. येथे कालावधी संपतो, त्यानंतर पुढील सुरू होतो, मागीलची अचूक पुनरावृत्ती करणे आणि असेच.

अशा प्रकारे, जनरेटरच्या पर्यायी व्होल्टेजच्या कृती अंतर्गत, कॅपेसिटर कालावधी दरम्यान दोनदा चार्ज केला जातो (कालावधीच्या पहिल्या आणि तिसऱ्या तिमाहीत) आणि दोनदा (कालावधीच्या दुसऱ्या आणि चौथ्या तिमाहीत) डिस्चार्ज केला जातो. पण ते एकामागून एक पर्यायी असल्याने कॅपेसिटर शुल्क आणि डिस्चार्ज प्रत्येक वेळी सर्किटमधून चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग करंट पास होते, मग आपण असा निष्कर्ष काढू शकतो पर्यायी प्रवाह.

तुम्ही खालील सोप्या प्रयोगात हे तपासू शकता. 4-6 मायक्रोफॅरॅड कॅपेसिटरला 25 डब्ल्यू लाइट बल्बद्वारे मेनशी कनेक्ट करा.प्रकाश येईल आणि सर्किट तुटल्याशिवाय बाहेर जाणार नाही. हे सूचित करते की कॅपॅसिटन्ससह सर्किटमधून पर्यायी प्रवाह गेला आहे. अर्थात, ते कॅपेसिटरच्या डायलेक्ट्रिकमधून जात नाही, परंतु वेळेच्या कोणत्याही क्षणी एकतर चार्ज करंट किंवा कॅपेसिटर डिस्चार्ज करंट दर्शवते.

आपल्याला माहित आहे की, जेव्हा कॅपेसिटर चार्ज केला जातो तेव्हा त्यात उद्भवलेल्या इलेक्ट्रिक फील्डच्या क्रियेनुसार डायलेक्ट्रिकचे ध्रुवीकरण होते आणि कॅपेसिटर डिस्चार्ज झाल्यावर त्याचे ध्रुवीकरण अदृश्य होते.

या प्रकरणात, त्यात उद्भवणारे विस्थापन प्रवाह असलेले डायलेक्ट्रिक हे सर्किट चालू ठेवण्याचा एक प्रकार म्हणून पर्यायी प्रवाहासाठी कार्य करते आणि स्थिरतेसाठी ते सर्किट खंडित करते. परंतु विस्थापन प्रवाह केवळ कॅपेसिटरच्या डायलेक्ट्रिकमध्येच तयार होतो आणि म्हणूनच सर्किटसह शुल्कांचे हस्तांतरण होत नाही.

AC कॅपेसिटरने दिलेला प्रतिकार कॅपेसिटरच्या कॅपेसिटन्सच्या मूल्यावर आणि विद्युत् प्रवाहाच्या वारंवारतेवर अवलंबून असतो.

कॅपेसिटरची क्षमता जितकी जास्त असेल तितकी कॅपेसिटरच्या चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग दरम्यान सर्किटवरील चार्ज जास्त असेल आणि त्यानुसार, सर्किटमध्ये वर्तमान जास्त असेल. सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहात वाढ दर्शवते की त्याचा प्रतिकार कमी झाला आहे.

म्हणून, कॅपॅसिटन्स जसजसा वाढत जातो तसतसे सर्किटचा पर्यायी प्रवाहाचा प्रतिकार कमी होतो.

ते वाढत आहे वर्तमान वारंवारता सर्किटमध्ये वाहून नेलेल्या चार्जचे प्रमाण वाढवते कारण कॅपेसिटरचे चार्ज (तसेच डिस्चार्ज) कमी वारंवारतेपेक्षा वेगाने होणे आवश्यक आहे. त्याच वेळी, प्रति युनिट वेळेत हस्तांतरित केलेल्या शुल्काच्या प्रमाणात वाढ सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहाच्या वाढीशी समतुल्य आहे आणि म्हणूनच, त्याचा प्रतिकार कमी होतो.

जर आपण हळूहळू पर्यायी विद्युत् प्रवाहाची वारंवारता कमी केली आणि प्रवाह थेट करंटमध्ये कमी केला, तर सर्किटमध्ये समाविष्ट असलेल्या कॅपेसिटरचा प्रतिकार हळूहळू वाढेल आणि तो दिसेपर्यंत अमर्यादपणे मोठा होईल (सर्किट तोडणे) सतत चालू सर्किट.

म्हणून, जसजशी वारंवारता वाढते, कॅपेसिटरचा पर्यायी प्रवाहाचा प्रतिकार कमी होतो.

ज्याप्रमाणे एका कुंडलीच्या विद्युत् प्रवाहाच्या प्रतिकाराला प्रेरक म्हणतात, त्याचप्रमाणे कॅपेसिटरच्या प्रतिकाराला कॅपेसिटिव्ह म्हणतात.

म्हणून, कॅपेसिटिव्ह प्रतिरोध जास्त आहे, सर्किटची क्षमता कमी आहे आणि त्याला फीड करणार्‍या प्रवाहाची वारंवारता आहे.

Capacitive resistance Xc म्हणून दर्शविले जाते आणि ohms मध्ये मोजले जाते.

विद्युत् प्रवाहाच्या वारंवारतेवर आणि सर्किटच्या क्षमतेवर कॅपेसिटिव्ह रेझिस्टन्सचे अवलंबन Xc = 1 /ωC या सूत्राद्वारे निर्धारित केले जाते, जेथे ω ही 2πe च्या गुणाकाराच्या समान वर्तुळाकार वारंवारता आहे, C ही सर्किटची क्षमता आहे फारड्स

कॅपेसिटिव्ह रेझिस्टन्स, इंडक्टिव्ह रेझिस्टन्स प्रमाणे, एक प्रतिक्रियाशील स्वभाव आहे, कारण कॅपेसिटर वर्तमान स्त्रोताची उर्जा वापरत नाही.

सुत्र ओमचा कायदा कॅपेसिटिव्ह सर्किटसाठी त्याचे स्वरूप I = U / Xc आहे, जेथे I आणि U — वर्तमान आणि व्होल्टेजची प्रभावी मूल्ये; Xc हे सर्किटचे कॅपेसिटिव्ह रेझिस्टन्स आहे.

कमी-फ्रिक्वेंसी प्रवाहांना उच्च प्रतिकार प्रदान करण्यासाठी आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी प्रवाह सहजपणे पास करण्यासाठी कॅपेसिटरची मालमत्ता संप्रेषण उपकरणे सर्किट्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.

कॅपेसिटरच्या मदतीने, उदाहरणार्थ, सर्किट्सच्या ऑपरेशनसाठी आवश्यक असलेल्या उच्च-फ्रिक्वेंसी प्रवाहांपासून स्थिर प्रवाह आणि कमी-फ्रिक्वेंसी प्रवाह वेगळे करणे साध्य केले जाते.

सर्किटच्या उच्च-फ्रिक्वेंसी भागामध्ये कमी-फ्रिक्वेंसी करंटचा मार्ग अवरोधित करणे आवश्यक असल्यास, एक लहान कॅपेसिटर मालिकेत जोडलेला आहे. हे कमी फ्रिक्वेंसी करंटला उत्कृष्ट प्रतिकार देते आणि त्याच वेळी उच्च वारंवारता प्रवाह सहजपणे पास करते.

उच्च-वारंवारता प्रवाह रोखणे आवश्यक असल्यास, उदाहरणार्थ, रेडिओ स्टेशनच्या पॉवर सर्किटमध्ये, नंतर मोठ्या क्षमतेचा कॅपेसिटर वापरला जातो, जो वर्तमान स्त्रोताशी समांतर जोडलेला असतो. या प्रकरणात, रेडिओ स्टेशनच्या पॉवर सप्लाय सर्किटला बायपास करून उच्च-वारंवारता प्रवाह कॅपेसिटरमधून जातो.

AC सर्किटमध्ये सक्रिय प्रतिकार आणि कॅपेसिटर

प्रॅक्टिसमध्ये, कॅपॅसिटन्ससह मालिका सर्किटमध्ये असताना प्रकरणे अनेकदा पाहिली जातात सक्रिय प्रतिकार समाविष्ट आहे. या प्रकरणात सर्किटचा एकूण प्रतिकार सूत्राद्वारे निर्धारित केला जातो

म्हणून, सक्रिय आणि कॅपेसिटिव्ह एसी प्रतिरोधक असलेल्या सर्किटचा एकूण प्रतिकार या सर्किटच्या सक्रिय आणि कॅपेसिटिव्ह प्रतिरोधकांच्या वर्गांच्या बेरीजच्या वर्गमूळाच्या समान असतो.

या I = U/Z सर्किटसाठी देखील ओमचा नियम वैध आहे.

अंजीर मध्ये. 3 कॅपेसिटिव्ह आणि सक्रिय प्रतिकार असलेल्या सर्किटमधील करंट आणि व्होल्टेजमधील फेज संबंध दर्शविणारे वक्र दर्शविते.

तांदूळ. 3. कॅपेसिटर आणि सक्रिय प्रतिकार असलेल्या सर्किटमधील विद्युत प्रवाह, व्होल्टेज आणि शक्ती

आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, या प्रकरणात विद्युत् प्रवाह एका चतुर्थांश कालावधीने व्होल्टेज वाढवत नाही, परंतु कमी प्रमाणात वाढवते, कारण सक्रिय प्रतिकार सर्किटच्या पूर्णपणे कॅपेसिटिव्ह (प्रतिक्रियाशील) स्वरूपाचे उल्लंघन करते, जे कमी झालेल्या टप्प्याद्वारे दिसून येते. शिफ्ट आता सर्किट टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज दोन घटकांची बेरीज म्हणून परिभाषित केले आहे: व्होल्टेज टिव्हचा प्रतिक्रियाशील घटक, सर्किटच्या कॅपेसिटिव्ह प्रतिरोधनावर आणि व्होल्टेजच्या सक्रिय घटकावर मात करेल, त्याच्या सक्रिय प्रतिकारांवर मात करेल.

सर्किटचा सक्रिय प्रतिकार जितका जास्त असेल तितका वर्तमान आणि व्होल्टेजमधील फेज शिफ्ट कमी होईल.

सर्किटमधील पॉवर बदलाच्या वक्र (चित्र 3 पहा) या कालावधीत दोनदा नकारात्मक चिन्ह प्राप्त झाले, जे आपल्याला आधीच माहित आहे की, सर्किटच्या प्रतिक्रियाशील स्वरूपाचा परिणाम आहे. सर्किट जितका कमी रिऍक्टिव असेल तितका वर्तमान आणि व्होल्टेजमधील फेज शिफ्ट आणि सर्किट जितकी जास्त विद्युत् स्त्रोत ऊर्जा वापरते.

हे देखील वाचा: व्होल्टेज अनुनाद