ఎలక్ట్రికల్ కెపాసిటెన్స్ అనేది ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక భావనలలో ఒకటి. ఈ పదం ఎలక్ట్రికల్ ఛార్జ్‌ను కూడబెట్టుకునే సామర్థ్యాన్ని సూచిస్తుంది. మీరు ఒకే కండక్టర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ గురించి మాట్లాడవచ్చు, మీరు రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కండక్టర్ల వ్యవస్థ యొక్క కెపాసిటెన్స్ గురించి మాట్లాడవచ్చు. భౌతిక ప్రక్రియలు సమానంగా ఉంటాయి.
కంటెంట్‌లు
కెపాసిటెన్స్‌కు సంబంధించిన ప్రాథమిక అంశాలు
ఒక కండక్టర్ ఛార్జ్ qని పొందినట్లయితే, దానిపై సంభావ్య φ పుడుతుంది. ఈ సంభావ్యత జ్యామితి మరియు పర్యావరణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది - వివిధ కండక్టర్‌లు మరియు షరతుల కోసం, అదే ఛార్జ్ వేరే సంభావ్యతను కలిగిస్తుంది. కానీ φ ఎల్లప్పుడూ qకి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది:
φ=Cq
గుణకం C మరియు విద్యుత్ కెపాసిటెన్స్ అంటారు. మేము అనేక కండక్టర్ల (సాధారణంగా రెండు) వ్యవస్థ గురించి మాట్లాడుతున్నట్లయితే, ఒక కండక్టర్ (క్లాడింగ్)కి ఛార్జ్ ఇచ్చినప్పుడు, సంభావ్య వ్యత్యాసం లేదా వోల్టేజ్ U ఉంటుంది:
U=Cq, అందుకే C=U/q
కెపాసిటెన్స్ అనేది సంభావ్య వ్యత్యాసానికి కారణమైన ఛార్జ్‌కు నిష్పత్తిగా నిర్వచించబడుతుంది. SIలో సామర్ధ్యం యొక్క యూనిట్ ఫరాడ్ (వారు ఫరాడ్ అని చెప్పేవారు). 1 F = 1 V/1 Cl.మరో మాటలో చెప్పాలంటే, 1 కూలంబ్ ఛార్జ్ 1 వోల్ట్ సంభావ్య వ్యత్యాసానికి దారితీసే వ్యవస్థ 1 ఫారడ్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. 1 ఫరాడ్ చాలా పెద్ద విలువ. ఆచరణలో, పాక్షిక విలువలు - picofarads, nanofarads, microfarads - సాధారణంగా ఉపయోగిస్తారు.
ఆచరణలో, ఈ కనెక్షన్ ఒక సెల్ కంటే అధిక విద్యుద్వాహక విచ్ఛిన్న వోల్టేజ్‌ను తట్టుకోగల బ్యాటరీని అనుమతిస్తుంది.
కెపాసిటర్ సామర్థ్యం యొక్క గణన
ఆచరణలో, సాధారణీకరించిన ఎలక్ట్రికల్ కెపాసిటెన్స్ కలిగిన మూలకాలుగా, సాధారణంగా ఉపయోగించేవి కెపాసిటర్లు, ఒక విద్యుద్వాహకము ద్వారా వేరు చేయబడిన రెండు ఫ్లాట్ కండక్టర్లను (టెర్మినల్స్) కలిగి ఉంటుంది. అటువంటి కెపాసిటర్ యొక్క ఎలక్ట్రికల్ కెపాసిటెన్స్ను లెక్కించడానికి సూత్రం క్రింది విధంగా ఉంటుంది:
C=(S/d)*ε*ε0
ఎక్కడ:
- C అనేది కెపాసిటెన్స్, F;
- S అనేది ఇన్సర్ట్‌ల ప్రాంతం, sq.m;
- d అనేది కవర్ల మధ్య దూరం, m;
- ε0 - విద్యుత్ స్థిరాంకం, స్థిరాంకం, 8.854*10−12 F/m;
- ε - విద్యుద్వాహక అనుమతి, పరిమాణం లేని విలువ.
దీని నుండి కెపాసిటెన్స్ కవర్ల ప్రాంతానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని మరియు కండక్టర్ల మధ్య దూరానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుందని అర్థం చేసుకోవడం సులభం. కవర్లు వేరు చేయబడిన పదార్థం ద్వారా కెపాసిటెన్స్ కూడా ప్రభావితమవుతుంది.
కెపాసిటెన్స్‌ని నిర్ణయించే పరిమాణాలు ఛార్జ్‌ని నిల్వ చేసే కెపాసిటర్ సామర్థ్యాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి, మీరు అత్యధిక కెపాసిటెన్స్‌తో కెపాసిటర్‌ను రూపొందించడానికి మానసిక ప్రయోగం చేయవచ్చు.
- మీరు వైండింగ్ల ప్రాంతాన్ని పెంచడానికి ప్రయత్నించవచ్చు. ఇది పరికరం యొక్క పరిమాణం మరియు బరువులో నాటకీయ పెరుగుదలకు దారి తీస్తుంది. పొరలను వేరుచేసే విద్యుద్వాహకముతో పొరల పరిమాణాన్ని తగ్గించడానికి, అవి చుట్టబడతాయి (ట్యూబ్, ఫ్లాట్ బ్రికెట్, మొదలైనవి).
- కవర్ల మధ్య దూరాన్ని తగ్గించడం మరొక మార్గం. కండక్టర్లను ఒకదానికొకటి చాలా దగ్గరగా ఉంచడం ఎల్లప్పుడూ సాధ్యం కాదు, ఎందుకంటే విద్యుద్వాహక పొర కవర్ల మధ్య నిర్దిష్ట సంభావ్య వ్యత్యాసాన్ని తట్టుకోగలగాలి.చిన్న మందం, ఇన్సులేటింగ్ గ్యాప్ యొక్క విద్యుత్ బలం తక్కువగా ఉంటుంది. మేము ఈ విధంగా ఉపయోగిస్తే, అటువంటి కెపాసిటర్ యొక్క ఆచరణాత్మక అనువర్తనం అర్థరహితంగా మారినప్పుడు ఒక క్షణం వస్తుంది - ఇది చాలా తక్కువ వోల్టేజీల వద్ద మాత్రమే పని చేస్తుంది.
- విద్యుద్వాహక విద్యుత్ పారగమ్యతను పెంచడం. ఈ మార్గం ప్రస్తుత ఉత్పత్తి సాంకేతికత అభివృద్ధిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇన్సులేటింగ్ పదార్థం అధిక పారగమ్యత విలువను మాత్రమే కాకుండా, మంచి విద్యుద్వాహక లక్షణాలను కూడా కలిగి ఉండాలి మరియు అవసరమైన ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో దాని పారామితులను కలిగి ఉండాలి (కెపాసిటర్ పనిచేసే ఫ్రీక్వెన్సీ పెరిగేకొద్దీ, విద్యుద్వాహక లక్షణాలు తగ్గుతాయి).
గోళాకార లేదా స్థూపాకార కెపాసిటర్లు కొన్ని ప్రత్యేకమైన లేదా పరిశోధనా సంస్థాపనలలో ఉపయోగించవచ్చు.
గోళాకార కెపాసిటర్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని ఫార్ములా ద్వారా లెక్కించవచ్చు
C=4*π*ε0 *R1R2/(R2-R1)
ఇక్కడ R అనేది గోళాల వ్యాసార్థం మరియు π=3.14.
స్థూపాకార కెపాసిటర్ డిజైన్ కోసం, కెపాసిటెన్స్ ఇలా లెక్కించబడుతుంది:
C=2*π*ε*ε0 *l/ln(R2/R1)
l అనేది సిలిండర్‌ల ఎత్తు, మరియు R1 మరియు R2 వాటి రేడియాలు.
సూత్రప్రాయంగా, రెండు సూత్రాలు ఫ్లాట్ కెపాసిటర్ కోసం ఫార్ములా నుండి భిన్నంగా లేవు. కెపాసిటెన్స్ ఎల్లప్పుడూ టెర్మినల్స్ యొక్క లీనియర్ కొలతలు, వాటి మధ్య దూరం మరియు విద్యుద్వాహకము యొక్క లక్షణాల ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.
సిరీస్ మరియు సమాంతరంగా కెపాసిటర్లను కలుపుతోంది
కెపాసిటర్లను కనెక్ట్ చేయవచ్చు శ్రేణిలో లేదా సమాంతరంగా, కొత్త లక్షణాలతో సమితిని సృష్టించడం.
సమాంతర కనెక్షన్
కెపాసిటర్లు సమాంతరంగా అనుసంధానించబడి ఉంటే, ఫలితంగా బ్యాటరీ యొక్క మొత్తం కెపాసిటెన్స్ దాని భాగాల యొక్క అన్ని కెపాసిటెన్స్ మొత్తానికి సమానంగా ఉంటుంది. బ్యాటరీ ఒకే డిజైన్‌తో కూడిన కెపాసిటర్లను కలిగి ఉంటే, అది అన్ని ప్లేట్ల వైశాల్యాన్ని జోడించినట్లుగా భావించవచ్చు. ఈ సందర్భంలో, బ్యాటరీ యొక్క ప్రతి మూలకంపై వోల్టేజ్ ఒకే విధంగా ఉంటుంది మరియు ఛార్జీలు జోడించబడతాయి. సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడిన మూడు కెపాసిటర్ల కోసం:
- U=U1= యు2= యు3;
- q=q1+q2+q3;
- C=C1+సి2+సి3.
సిరీస్‌లో కనెక్షన్
సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేసినప్పుడు, ప్రతి కెపాసిటెన్స్ ఛార్జీలు ఒకే విధంగా ఉంటాయి:
q1= q2= q3= q
మొత్తం వోల్టేజ్ నిష్పత్తిలో పంపిణీ చేయబడుతుంది కెపాసిటర్ల కెపాసిటెన్స్ వరకు:
- యు1=q/C1;
- యు2=q/C2;
- యు3= q/C3.
అన్ని కెపాసిటర్లు ఒకేలా ఉంటే, ప్రతిదానిపై ఒకే వోల్టేజ్ వస్తుంది. మొత్తం కెపాసిటెన్స్ ఇలా కనుగొనబడింది:
C=q/( U1+యు2+యు3), అందుకే 1/C=( U1+యు2+యు3)/q=1/C1+1/సి2+1/సి3.
ఇంజనీరింగ్‌లో కెపాసిటర్ల అప్లికేషన్లు
కెపాసిటర్లను విద్యుత్ శక్తి యొక్క సంచితాలుగా ఉపయోగించడం అర్ధమే. అలాగే, చిన్న నిల్వ శక్తి మరియు విద్యుద్వాహకము ద్వారా ఛార్జ్ లీకేజీ కారణంగా వేగంగా స్వీయ-ఉత్సర్గ కారణంగా వారు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ మూలాధారాలతో (గాల్వానిక్ బ్యాటరీలు, కెపాసిటర్లు) పోటీపడలేరు. కానీ చాలా కాలం పాటు శక్తిని నిల్వ చేసి, దాదాపు తక్షణమే దానిని అందించగల సామర్థ్యం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ ఆస్తి ఫోటోగ్రఫీ కోసం ఫ్లాష్ ల్యాంప్‌లలో లేదా లేజర్‌ల ఉత్తేజితం కోసం దీపాలలో ఉపయోగించబడుతుంది.
రేడియో ఇంజనీరింగ్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో కెపాసిటర్లు చాలా సాధారణం. కెపాసిటర్లు రెసొనెంట్ సర్క్యూట్లలో సర్క్యూట్‌ల ఫ్రీక్వెన్సీ-రిటైనింగ్ ఎలిమెంట్‌లలో ఒకటిగా ఉపయోగించబడతాయి (మరొక మూలకం ఇండక్టెన్స్). AC కాంపోనెంట్‌ను ట్రాప్ చేయకుండా డైరెక్ట్ కరెంట్‌ను దూరంగా ఉంచే కెపాసిటర్ల సామర్థ్యం కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. ఒక దశ యొక్క DC మోడ్‌ల ప్రభావాన్ని మరొకదానిపై తొలగించడానికి యాంప్లిఫైయర్ దశలను విభజించడానికి ఇటువంటి అప్లికేషన్ సాధారణం. అధిక-సామర్థ్య కెపాసిటర్లు విద్యుత్ సరఫరాలో మృదువైన ఫిల్టర్‌లుగా ఉపయోగించబడతాయి. అనేక ఇతర కెపాసిటర్ అప్లికేషన్లు కూడా ఉన్నాయి, వాటి లక్షణాలు ఉపయోగకరంగా ఉన్నాయి.
కొన్ని ఆచరణాత్మక కెపాసిటర్ నమూనాలు
ఆచరణలో వివిధ రకాల ఫ్లాట్ కెపాసిటర్ డిజైన్లను ఉపయోగిస్తారు. పరికరం యొక్క రూపకల్పన దాని లక్షణాలు మరియు అనువర్తనాన్ని నిర్ణయిస్తుంది.
వేరియబుల్ కెపాసిటర్
ఒక సాధారణ రకం వేరియబుల్ కెపాసిటర్ (AC కెపాసిటర్) గాలి లేదా ఘన అవాహకం ద్వారా వేరు చేయబడిన కదిలే మరియు స్థిర ప్లేట్ల బ్లాక్‌ను కలిగి ఉంటుంది.కదిలే ప్లేట్లు ఒక అక్షం చుట్టూ తిరుగుతాయి, అతివ్యాప్తి ప్రాంతాన్ని పెంచడం లేదా తగ్గించడం. కదిలే యూనిట్ ఉపసంహరించబడినప్పుడు, ఇంటర్ఎలెక్ట్రోడ్ గ్యాప్ మారదు, కానీ ప్లేట్ల మధ్య సగటు దూరం కూడా పెరుగుతుంది. ఇన్సులేటర్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం కూడా మారదు. కవర్ల ప్రాంతం మరియు వాటి మధ్య సగటు దూరాన్ని మార్చడం ద్వారా కెపాసిటెన్స్ సర్దుబాటు చేయబడుతుంది.
ఆక్సైడ్ కెపాసిటర్
ఈ రకమైన కెపాసిటర్‌ను ఎలక్ట్రోలైటిక్ కెపాసిటర్ అని పిలుస్తారు. ఇది ఎలక్ట్రోలైట్‌లో ముంచిన కాగితం విద్యుద్వాహకముతో వేరు చేయబడిన రేకు యొక్క రెండు స్ట్రిప్స్‌ను కలిగి ఉంటుంది. మొదటి స్ట్రిప్ ఒక కవర్‌గా మరియు రెండవది ఎలక్ట్రోలైట్‌గా పనిచేస్తుంది. విద్యుద్వాహకము అనేది మెటల్ స్ట్రిప్స్‌లో ఒకదానిపై ఆక్సైడ్ యొక్క పలుచని పొర, మరియు రెండవ స్ట్రిప్ ప్రస్తుత కలెక్టర్‌గా పనిచేస్తుంది.
ఆక్సైడ్ పొర చాలా సన్నగా ఉండటం మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ దానికి దగ్గరగా ఉన్నందున, మితమైన పరిమాణంతో చాలా పెద్ద సామర్థ్యాలను పొందడం సాధ్యమైంది. దీనికి ధర తక్కువ ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ - ఆక్సైడ్ పొరకు అధిక విద్యుత్ బలం లేదు. ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ పెరిగేకొద్దీ, కెపాసిటర్ పరిమాణం గణనీయంగా పెరగాలి.
మరొక సమస్య ఏమిటంటే, ఆక్సైడ్ ఒక-మార్గం వాహకతను కలిగి ఉంటుంది, కాబట్టి అటువంటి కెపాసిటర్లు ధ్రువణత పాటించే DC సర్క్యూట్లలో మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి.
అయోనిస్టర్
పైన చూపిన విధంగా, పెరుగుతున్న సంప్రదాయ పద్ధతులు కెపాసిటర్లు సహజ పరిమితులను కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల, అయానిస్టర్ల సృష్టి నిజమైన పురోగతి.
ఈ పరికరం కెపాసిటర్ మరియు బ్యాటరీ మధ్య మధ్యస్థంగా పరిగణించబడుతున్నప్పటికీ, ఇది ఇప్పటికీ తప్పనిసరిగా కెపాసిటర్.
డబుల్ ఎలక్ట్రిక్ పొరను ఉపయోగించడం ద్వారా కాయిల్స్ మధ్య దూరం తీవ్రంగా తగ్గించబడుతుంది. వ్యతిరేక ఛార్జీలు కలిగిన అయాన్ల పొరలు పొరలుగా పనిచేస్తాయి. నురుగు పోరస్ పదార్థాల కారణంగా కవర్ల ఉపరితల వైశాల్యాన్ని తీవ్రంగా పెంచడం సాధ్యపడుతుంది.ఫలితంగా, వందల ఫారడ్‌ల వరకు సామర్థ్యాలతో సూపర్ కెపాసిటర్లను పొందడం సాధ్యమవుతుంది. అటువంటి పరికరాల యొక్క స్వాభావిక వ్యాధి తక్కువ ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ (సాధారణంగా 10 వోల్ట్లలోపు).
సాంకేతికత అభివృద్ధి ఇప్పటికీ నిలబడదు - అనేక ప్రాంతాల నుండి దీపాలు బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్‌లచే భర్తీ చేయబడ్డాయి, అవి యూనిపోలార్ ట్రయోడ్‌లచే భర్తీ చేయబడతాయి. సాధ్యమైన చోట ఇండక్టర్లు సర్క్యూట్ డిజైన్‌లో తొలగిస్తున్నారు. మరియు కెపాసిటర్లు రెండవ శతాబ్దానికి వారి స్థానాలను వదులుకోరు, లైడెన్ జార్ యొక్క ఆవిష్కరణ నుండి వారి డిజైన్ ప్రాథమికంగా మారలేదు మరియు వారి కెరీర్ ముగింపుకు సంబంధించిన అవకాశాలు గమనించబడలేదు.
సంబంధిత కథనాలు:
