ક્ષમતા શું છે, તે કેવી રીતે માપવામાં આવે છે અને તે શેના પર આધાર રાખે છે?

વિદ્યુત ક્ષમતા એ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક્સની મૂળભૂત વિભાવનાઓમાંની એક છે. આ શબ્દ વિદ્યુત ચાર્જ એકઠા કરવાની ક્ષમતાનો સંદર્ભ આપે છે. તમે એક જ વાહકની ક્ષમતા વિશે વાત કરી શકો છો, તમે બે અથવા વધુ વાહકની સિસ્ટમની ક્ષમતા વિશે વાત કરી શકો છો. શારીરિક પ્રક્રિયાઓ સમાન છે.

કેપેસીટન્સ સંબંધિત મૂળભૂત ખ્યાલો

જો વાહકને ચાર્જ q મળ્યો હોય, તો તેના પર સંભવિત φ ઉદ્ભવે છે. આ સંભવિત ભૂમિતિ અને પર્યાવરણ પર આધાર રાખે છે - વિવિધ વાહક અને પરિસ્થિતિઓ માટે, સમાન ચાર્જ અલગ સંભવિત પેદા કરશે. પરંતુ φ હંમેશા q ના પ્રમાણસર હોય છે:

φ=Cq

ગુણાંક C અને તેને ઇલેક્ટ્રિકલ કેપેસીટન્સ કહેવામાં આવે છે. જો આપણે ઘણા કંડક્ટર (સામાન્ય રીતે બે) ની સિસ્ટમ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, જ્યારે એક કંડક્ટર (ક્લેડીંગ) ને ચાર્જ આપવામાં આવે છે, ત્યાં સંભવિત તફાવત અથવા વોલ્ટેજ U છે:

U=Cq, તેથી C=U/q

કેપેસિટીન્સને ચાર્જના સંભવિત તફાવતના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે જે તેને કારણે થાય છે. SI માં ક્ષમતાનું એકમ ફરાડ છે (તેઓ ફરાડ કહેતા હતા). 1 F = 1 V/1 Cl.બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, એક સિસ્ટમ કે જેમાં 1 કૂલમ્બનો ચાર્જ 1 વોલ્ટના સંભવિત તફાવતને જન્મ આપે છે તેની ક્ષમતા 1 ફેરાડ હોય છે. 1 ફરાડ એ ખૂબ મોટી કિંમત છે. વ્યવહારમાં, અપૂર્ણાંક મૂલ્યો - પીકોફારાડ્સ, નેનોફારાડ્સ, માઇક્રોફારાડ્સ - સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

વ્યવહારમાં, આ જોડાણ એવી બેટરી માટે પરવાનગી આપે છે જે એક કોષ કરતાં વધુ ડાઇલેક્ટ્રિક બ્રેકડાઉન વોલ્ટેજનો સામનો કરી શકે છે.

કેપેસિટર ક્ષમતાની ગણતરી

વ્યવહારમાં, સામાન્યકૃત વિદ્યુત ક્ષમતા ધરાવતા તત્વો તરીકે, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા હોય છે કેપેસિટર્સ, જેમાં બે ફ્લેટ કંડક્ટર (ટર્મિનલ) હોય છે, જે ડાઇલેક્ટ્રિક દ્વારા અલગ પડે છે. આવા કેપેસિટરની વિદ્યુત ક્ષમતાની ગણતરી માટેનું સૂત્ર નીચે મુજબ છે:

C=(S/d)*ε*ε₀

ક્યાં:

• C એ કેપેસીટન્સ છે, F;
• S એ ઇન્સર્ટ્સનો વિસ્તાર છે, sq.m;
• d એ કવર વચ્ચેનું અંતર છે, m;
• ε₀ - વિદ્યુત સ્થિર, સ્થિર, 8.854*10⁻¹² F/m;
• ε - ડાઇલેક્ટ્રિક પરવાનગી, પરિમાણહીન મૂલ્ય.

આના પરથી એ સમજવું સરળ છે કે કેપેસીટન્સ કવરના ક્ષેત્રફળના સીધા પ્રમાણસર છે અને વાહક વચ્ચેના અંતરના વિપરિત પ્રમાણસર છે. કેપેસીટન્સ તે સામગ્રીથી પણ પ્રભાવિત થાય છે જેની સાથે કવરને અલગ કરવામાં આવે છે.

કેપેસીટન્સ નક્કી કરતા જથ્થાઓ કેપેસીટરની ચાર્જ સંગ્રહિત કરવાની ક્ષમતાને કેવી રીતે અસર કરે છે તે સમજવા માટે, તમે સૌથી વધુ સંભવિત કેપેસીટન્સ સાથે કેપેસીટર બનાવવા માટે માનસિક પ્રયોગ કરી શકો છો.

1. તમે વિન્ડિંગ્સનો વિસ્તાર વધારવાનો પ્રયાસ કરી શકો છો. આ ઉપકરણના કદ અને વજનમાં નાટ્યાત્મક વધારો તરફ દોરી જશે. ડાઇલેક્ટ્રિક તેમને અલગ કરીને સ્તરોનું કદ ઘટાડવા માટે, તેઓને વળેલું છે (એક ટ્યુબ, ફ્લેટ બ્રિકેટ, વગેરેમાં).
2. બીજી રીત કવર વચ્ચેનું અંતર ઘટાડવાનું છે. કંડક્ટરને એકબીજાની ખૂબ નજીક રાખવું હંમેશા શક્ય નથી, કારણ કે ડાઇલેક્ટ્રિક સ્તર કવર વચ્ચેના ચોક્કસ સંભવિત તફાવતનો સામનો કરવા સક્ષમ હોવા જોઈએ.જાડાઈ જેટલી નાની, ઇન્સ્યુલેટીંગ ગેપની વિદ્યુત શક્તિ ઓછી. જો આપણે આ રીતે ઉપયોગ કરીએ, તો એક ક્ષણ આવશે જ્યારે આવા કેપેસિટરનો વ્યવહારુ ઉપયોગ અર્થહીન બની જશે - તે માત્ર અત્યંત નીચા વોલ્ટેજ પર જ કામ કરી શકે છે.
3. ડાઇલેક્ટ્રિક ઇલેક્ટ્રિકલ અભેદ્યતામાં વધારો. આ રીતે વર્તમાન ઉત્પાદન તકનીકના વિકાસ પર આધાર રાખે છે. ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રીમાં માત્ર ઉચ્ચ અભેદ્યતા મૂલ્ય જ નહીં, પરંતુ સારા ડાઇલેક્ટ્રિક ગુણધર્મો પણ હોવા જોઈએ, અને તેના પરિમાણોને જરૂરી આવર્તન શ્રેણીમાં જાળવી રાખવા જોઈએ (જેમ કે કેપેસિટર જે આવર્તન પર કાર્ય કરે છે તે વધે છે, ડાઇલેક્ટ્રિક લાક્ષણિકતાઓ ઘટે છે).

કેટલાક વિશિષ્ટ અથવા સંશોધન સ્થાપનોમાં ગોળાકાર અથવા નળાકાર કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

ગોળાકાર કેપેસિટરનું બાંધકામ

ગોળાકાર કેપેસિટરની ક્ષમતાની ગણતરી સૂત્ર દ્વારા કરી શકાય છે

C=4*π*ε₀ *R1R2/(R2-R1)

જ્યાં R એ ગોળાની ત્રિજ્યા છે અને π=3.14.

નળાકાર કેપેસિટર ડિઝાઇન

નળાકાર કેપેસિટર ડિઝાઇન માટે, કેપેસિટેન્સની ગણતરી આ રીતે કરવામાં આવે છે:

C=2*π*ε*ε₀ *l/ln(R2/R1)

l એ સિલિન્ડરોની ઊંચાઈ છે, અને R1 અને R2 તેમની ત્રિજ્યા છે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે, બંને સૂત્રો ફ્લેટ કેપેસિટર માટેના સૂત્રથી અલગ નથી. કેપેસીટન્સ હંમેશા ટર્મિનલ્સના રેખીય પરિમાણો, તેમની વચ્ચેનું અંતર અને ડાઇલેક્ટ્રિકના ગુણધર્મો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

શ્રેણી અને સમાંતરમાં કેપેસિટર્સ કનેક્ટ કરી રહ્યાં છે

કેપેસિટર્સ કનેક્ટ કરી શકાય છે શ્રેણીમાં અથવા સમાંતરમાં, નવી લાક્ષણિકતાઓ સાથે સમૂહ બનાવવો.

સમાંતર જોડાણ

જો કેપેસિટર્સ સમાંતર રીતે જોડાયેલા હોય, તો પરિણામી બેટરીની કુલ કેપેસિટેન્સ તેના ઘટકોના તમામ કેપેસિટેન્સના સરવાળા જેટલી હોય છે. જો બેટરીમાં સમાન ડિઝાઇનના કેપેસિટર હોય, તો તે તમામ પ્લેટોના ક્ષેત્રફળને ઉમેરવાનું વિચારી શકાય. આ કિસ્સામાં, બેટરીના દરેક તત્વ પરનો વોલ્ટેજ સમાન હશે અને ચાર્જિસમાં વધારો થશે. સમાંતરમાં જોડાયેલા ત્રણ કેપેસિટર્સ માટે:

• U=U₁=યુ₂=યુ₃;
• q=q₁+q₂+q₃;
• C=C₁+C₂+C₃.

શ્રેણીમાં જોડાણ

જ્યારે શ્રેણીમાં જોડાયેલ હોય, ત્યારે દરેક કેપેસીટન્સનો ચાર્જ સમાન હશે:

q₁=q₂=q₃=q

કુલ વોલ્ટેજના પ્રમાણમાં વિતરિત કરવામાં આવે છે કેપેસિટર્સની કેપેસિટેન્સ સુધી:

• યુ₁=q/C₁;
• યુ₂=q/C₂;
• યુ₃= q/C₃.

જો બધા કેપેસિટર્સ સમાન હોય, તો દરેક પર સમાન વોલ્ટેજ પડે છે. કુલ ક્ષમતા આ રીતે જોવા મળે છે:

C=q/( U₁+યુ₂+યુ₃), તેથી 1/C=( U₁+યુ₂+યુ₃)/q=1/C₁+1/С₂+1/С₃.

એન્જિનિયરિંગમાં કેપેસિટર્સનો ઉપયોગ

વિદ્યુત ઊર્જાના સંચયકો તરીકે કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરવો તે અર્થપૂર્ણ છે. જેમ કે, તેઓ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સ્ત્રોતો (ગેલ્વેનિક બેટરી, કેપેસિટર્સ) સાથે સ્પર્ધા કરી શકતા નથી કારણ કે નાની સંગ્રહિત ઉર્જા અને ડાઇલેક્ટ્રિક દ્વારા ચાર્જ લીકેજને કારણે ઝડપથી સ્વ-ડિસ્ચાર્જ થાય છે. પરંતુ લાંબા સમય સુધી ઊર્જા સંગ્રહિત કરવાની અને પછી તેને લગભગ તરત જ આપી દેવાની તેમની ક્ષમતાનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. આ ગુણધર્મનો ઉપયોગ ફોટોગ્રાફી માટે ફ્લેશ લેમ્પમાં અથવા લેસરોના ઉત્તેજના માટે લેમ્પમાં થાય છે.

રેડિયો એન્જિનિયરિંગ અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં કેપેસિટર ખૂબ જ સામાન્ય છે. રેઝોનન્ટ સર્કિટ્સમાં કેપેસિટરનો ઉપયોગ સર્કિટના ફ્રીક્વન્સી-રિટેઈનિંગ એલિમેન્ટ્સમાંના એક તરીકે થાય છે (બીજું તત્વ ઇન્ડક્ટન્સ છે). AC ઘટકને ફસાવ્યા વિના ડાયરેક્ટ કરંટ બહાર રાખવા માટે કેપેસિટર્સની ક્ષમતાનો પણ ઉપયોગ થાય છે. આવી એપ્લિકેશન એમ્પ્લીફાયર સ્ટેજને વિભાજિત કરવા માટે એક સ્ટેજના ડીસી મોડ્સના બીજા પરના પ્રભાવને દૂર કરવા માટે સામાન્ય છે. ઉચ્ચ-ક્ષમતા ધરાવતા કેપેસિટર્સનો ઉપયોગ પાવર સપ્લાયમાં સ્મૂથિંગ ફિલ્ટર તરીકે થાય છે. અસંખ્ય અન્ય કેપેસિટર એપ્લિકેશનો પણ છે જ્યાં તેમના ગુણધર્મો ઉપયોગી સાબિત થાય છે.

કેટલીક વ્યવહારુ કેપેસિટર ડિઝાઇન

વ્યવહારમાં વિવિધ ફ્લેટ કેપેસિટર ડિઝાઇનનો ઉપયોગ થાય છે. ઉપકરણની ડિઝાઇન તેની લાક્ષણિકતાઓ અને એપ્લિકેશન નક્કી કરે છે.

ચલ કેપેસિટર

એક સામાન્ય પ્રકારનું વેરિયેબલ કેપેસિટર (AC કેપેસિટર) હવા દ્વારા અલગ કરાયેલ જંગમ અને સ્થિર પ્લેટોના બ્લોક અથવા ઘન ઇન્સ્યુલેટર ધરાવે છે.જંગમ પ્લેટો અક્ષની આસપાસ ફરે છે, ઓવરલેપિંગ વિસ્તારને વધારી અથવા ઘટાડે છે. જ્યારે જંગમ એકમ પાછું ખેંચવામાં આવે છે, ત્યારે ઇન્ટરઇલેક્ટ્રોડ ગેપ યથાવત રહે છે, પરંતુ પ્લેટો વચ્ચેનું સરેરાશ અંતર પણ વધે છે. ઇન્સ્યુલેટરનો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક પણ યથાવત રહે છે. કવરના ક્ષેત્રફળ અને તેમની વચ્ચેનું સરેરાશ અંતર બદલીને કેપેસીટન્સ એડજસ્ટ કરવામાં આવે છે.

મહત્તમ (ડાબે) અને ન્યૂનતમ (જમણે) કેપેસીટન્સ સ્થિતિઓ

ઓક્સાઇડ કેપેસિટર

આ પ્રકારના કેપેસિટરને ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર કહેવામાં આવતું હતું. તેમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં પલાળેલા કાગળના ડાઇલેક્ટ્રિક દ્વારા અલગ કરાયેલ વરખની બે પટ્ટીઓ હોય છે. પ્રથમ સ્ટ્રીપ એક કવર તરીકે અને બીજી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે સેવા આપે છે. ડાઇલેક્ટ્રિક એ ધાતુની એક પટ્ટી પર ઓક્સાઇડનું પાતળું પડ છે અને બીજી પટ્ટી વર્તમાન કલેક્ટર તરીકે કામ કરે છે.

કારણ કે ઓક્સાઇડ સ્તર ખૂબ જ પાતળું છે અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તેની નજીક છે, તે મધ્યમ કદ સાથે ખૂબ મોટી ક્ષમતાઓ મેળવવાનું શક્ય હતું. આ માટે કિંમત ઓછી ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ છે - ઓક્સાઇડ સ્તરમાં ઊંચી વિદ્યુત શક્તિ નથી. જેમ જેમ ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ વધે છે તેમ, કેપેસિટરનું કદ નોંધપાત્ર રીતે વધારવું પડશે.

બીજી સમસ્યા એ છે કે ઓક્સાઇડમાં એક-માર્ગીય વાહકતા હોય છે, તેથી આવા કેપેસિટરનો ઉપયોગ ધ્રુવીયતાના પાલન સાથે માત્ર ડીસી સર્કિટમાં થાય છે.

આયોનિસ્ટર

ઉપર બતાવ્યા પ્રમાણે, વધતી પરંપરાગત પદ્ધતિઓ કેપેસિટર્સ કુદરતી મર્યાદાઓ છે. તેથી, વાસ્તવિક સફળતા એ ionistors ની રચના હતી.

જો કે આ ઉપકરણને કેપેસિટર અને બેટરી વચ્ચેનું મધ્યવર્તી માનવામાં આવે છે, તે હજુ પણ આવશ્યકપણે કેપેસિટર છે.

ડબલ ઇલેક્ટ્રીક સ્તરના ઉપયોગ દ્વારા કોઇલ વચ્ચેનું અંતર ભારે ઘટાડો થાય છે. વિરોધી ચાર્જ સાથે આયનોના સ્તરો સ્તરો તરીકે સેવા આપે છે. ફીણ છિદ્રાળુ સામગ્રીને લીધે કવરની સપાટીના વિસ્તારમાં ભારે વધારો શક્ય છે.પરિણામે, સેંકડો ફેરાડ્સ સુધીની ક્ષમતાવાળા સુપરકેપેસિટર્સ મેળવવાનું શક્ય છે. આવા ઉપકરણોની સહજ રોગ ઓછી ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ છે (સામાન્ય રીતે 10 વોલ્ટની અંદર).

તકનીકીનો વિકાસ સ્થિર નથી - ઘણા વિસ્તારોમાંથી લેમ્પ્સ બાયપોલર ટ્રાંઝિસ્ટર દ્વારા બદલવામાં આવ્યા છે, તેઓ બદલામાં, યુનિપોલર ટ્રાયોડ્સ દ્વારા બદલવામાં આવે છે. જ્યાં શક્ય હોય ત્યાં સર્કિટ ડિઝાઇનમાં ઇન્ડક્ટર્સ છૂટકારો મેળવી રહ્યા છે. અને કેપેસિટર્સ બીજી સદી માટે તેમની સ્થિતિ છોડતા નથી, લીડેન જારની શોધ પછી તેમની ડિઝાઇન મૂળભૂત રીતે બદલાઈ નથી, અને તેમની કારકિર્દીના અંતની સંભાવનાઓ જોવા મળતી નથી.

કેપેસિટર શું છે, તેનો ઉપયોગ ક્યાં થાય છે અને તે શેના માટે છે

ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ શું છે

શ્રેણી અથવા સમાંતર - સૂત્રમાં કેપેસિટર્સની ક્ષમતા નક્કી કરવી

હું મલ્ટિમીટર વડે કેપેસિટરની કેપેસિટેન્સ કેવી રીતે માપી શકું?

કેપેસિટર શું છે, કેપેસિટરના પ્રકારો અને તેમની એપ્લિકેશનો

ઇન્ડક્ટન્સ શું છે, તે કેવી રીતે માપવામાં આવે છે, મૂળભૂત સૂત્રો