कैपेसिटर इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में मूलभूत घटक हैं और विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में गहराई से जाने के इच्छुक किसी भी व्यक्ति के लिए कैपेसिटेंस और चार्ज की अवधारणाओं को समझना आवश्यक है। इस लेख में, हम कैपेसिटर का संक्षिप्त परिचय देंगे, कैपेसिटेंस की व्याख्या करेंगे, और उनके व्यवहार को नियंत्रित करने वाले समीकरण में गहराई से उतरेंगे।
कैपेसिटर क्या है
संधारित्र एक निष्क्रिय दो-टर्मिनल इलेक्ट्रॉनिक घटक है जो विद्युत ऊर्जा को विद्युत क्षेत्र में संग्रहीत करता है। संधारित्र की संरचना में दो प्रवाहकीय प्लेटें शामिल होती हैं, जो आमतौर पर धातु से बनी होती हैं, जो उनके बीच एक ढांकता हुआ सामग्री के साथ अलग-अलग स्थित होती हैं। जब किसी संधारित्र के टर्मिनलों पर वोल्टेज अंतर लागू किया जाता है, तो यह इसकी प्लेटों पर चार्ज जमा करता है, जिससे उनके बीच एक विद्युत क्षेत्र बनता है।
कैपेसिटेंस क्या है
कैपेसिटेंस इस बात का माप है कि किसी उपकरण या घटक में प्रति यूनिट वोल्टेज कितनी विद्युत ऊर्जा संग्रहीत की जा सकती है। धारिता का मात्रक फैराड है।
चार्ज क्या है
आवेश को विद्युत ऊर्जा की उपस्थिति के रूप में वर्णित किया गया है। इसका प्रतीक Q तथा इकाई कूलम्ब है।
कैपेसिटर का कार्य करना
जब किसी संधारित्र के टर्मिनलों पर विद्युत वोल्टेज डाला जाता है, तो प्लेटों के बीच स्थापित विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों की गति शुरू कर देता है। संधारित्र की नकारात्मक प्लेट उन इलेक्ट्रॉनों के लिए एक संग्रह बिंदु बन जाती है जो वोल्टेज स्रोत के नकारात्मक टर्मिनल से चले गए हैं।
इसके साथ ही, समान संख्या में इलेक्ट्रॉन संधारित्र की सकारात्मक प्लेट को छोड़ देते हैं और वोल्टेज स्रोत के सकारात्मक टर्मिनल पर लौट आते हैं।
चार्ज का यह संचय और पुनर्वितरण तब तक जारी रहता है जब तक कि संधारित्र पूरी तरह से चार्ज न हो जाए, जिस बिंदु पर इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह बंद हो जाता है, संधारित्र में संग्रहीत चार्ज को समीकरण का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है:
दिए गए समीकरण में, 'Q' का प्रतीक है शुल्क के भीतर जमा हो गया संधारित्र , 'सी' का अर्थ है समाई , और 'V' संधारित्र पर लागू वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है।
यह समीकरण कैपेसिटेंस और लागू वोल्टेज के बीच आनुपातिक संबंध प्रदर्शित करता है, यह दर्शाता है कि संधारित्र में रखे गए चार्ज की मात्रा सीधे इन दोनों चर से संबंधित है। इसलिए, कैपेसिटेंस या वोल्टेज बढ़ाने से चार्ज संचय अधिक होगा।
एक समानांतर प्लेट संधारित्र की धारिता
एक संधारित्र की धारिता प्लेटों के सतह क्षेत्र (ए) और उनके बीच की पृथक्करण दूरी (डी) द्वारा निर्धारित की जाती है, दोनों कारक इसकी समग्र धारिता को प्रभावित करते हैं। प्लेट का क्षेत्रफल जितना बड़ा होगा, धारिता उतनी ही अधिक होगी, जबकि प्लेटों के बीच की दूरी कम होने से धारिता बढ़ जाती है। यह संबंध समीकरण द्वारा वर्णित है:
कैपेसिटर में विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने की क्षमता होती है, जिससे संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा (यू) लागू वोल्टेज (वी) के वर्ग और कैपेसिटर के कैपेसिटेंस (सी) दोनों के सीधे आनुपातिक होती है। संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा का समीकरण इस प्रकार दिया गया है:
संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा को जानना सर्किट डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है, खासकर उन अनुप्रयोगों में जहां ऊर्जा रिलीज या तात्कालिक बिजली की आवश्यकताएं महत्वपूर्ण हैं।
गोलाकार संधारित्र की धारिता
एक गोलाकार संधारित्र की धारिता की गणना करने के लिए, आपको आंतरिक और बाहरी दोनों प्रवाहकीय क्षेत्रों की त्रिज्या जानने की आवश्यकता है। संधारित्र का आकार और गोले के बीच स्थित सामग्री की पारगम्यता धारिता को नियंत्रित करती है। गोलाकार संधारित्र की धारिता की गणना करने का सूत्र है:
दूसरी ओर, प्रतीक 'εᵣ' का उपयोग गोले के बीच स्थित सामग्री की सापेक्ष पारगम्यता या ढांकता हुआ स्थिरांक का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है। इसके अतिरिक्त, 'r₁' आंतरिक गोले की त्रिज्या को दर्शाता है, जबकि 'r₂' बाहरी गोले की त्रिज्या को दर्शाता है।
त्रिज्या के मान और सामग्री की परमिटिटिविटी को प्रतिस्थापित करके, आप गोलाकार संधारित्र की धारिता की गणना कर सकते हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि यदि आंतरिक क्षेत्र में नगण्य त्रिज्या है या इसे एक बिंदु आवेश माना जाता है, तो समाई सूत्र सरल हो जाता है:
इस मामले में, धारिता पूरी तरह से बाहरी क्षेत्र की त्रिज्या और सामग्री की पारगम्यता से निर्धारित होती है।
एक बेलनाकार संधारित्र की धारिता
एक बेलनाकार संधारित्र की धारिता की गणना करने के लिए, आपको संधारित्र की लंबाई (L), आंतरिक कंडक्टर की त्रिज्या (r₁), और बाहरी कंडक्टर की त्रिज्या (r₂) जानने की आवश्यकता है। संधारित्र का आकार और गोले के बीच स्थित सामग्री की पारगम्यता धारिता को नियंत्रित करती है। बेलनाकार संधारित्र की धारिता की गणना करने का सूत्र है:
दूसरी ओर, प्रतीक 'εᵣ' का उपयोग गोले के बीच स्थित सामग्री की सापेक्ष पारगम्यता या ढांकता हुआ स्थिरांक का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है। इसके अतिरिक्त, 'r₁' आंतरिक गोले की त्रिज्या को दर्शाता है, जबकि 'r₂' बाहरी गोले की त्रिज्या को दर्शाता है।
निष्कर्ष
जब इलेक्ट्रॉनिक्स की बात आती है तो कैपेसिटर महत्वपूर्ण घटक होते हैं, जो ऊर्जा भंडारण और वोल्टेज विनियमन को सक्षम करते हैं। फैराड (एफ) में मापा गया कैपेसिटेंस, कैपेसिटर की चार्ज स्टोर करने की क्षमता को मापता है। यह संग्रहीत चार्ज (Q) के सीधे आनुपातिक और संधारित्र के टर्मिनलों पर वोल्टेज (V) के व्युत्क्रमानुपाती होता है।