नमस्कार दोस्तों इस लेख में हम जानेंगे कि संधारित्र (Capacitor) क्या है? संधारित्र का क्या महत्व होता है? आवेशित संधारित्र में कितनी ऊर्जा संचित होती है? तथा संधारित्र से जुड़े हुए अनेक तथ्यों के बारे में जानेंगे।
संधारित्र (Capacitor)
संधारित्र (Capacitor) एक ऐसा उपकरण है जो आवेश को संचित करने में सक्षम होता है। इसमें अनिवार्य रूप से एक इन्सुलेट सामग्री द्वारा अलग किए गए दो संवाहक सतह होते हैं। संवाहक सतहों को संधारित्र की प्लेट कहा जाता है। और इन्सुलेट सामग्री को डाइइलेक्ट्रिक कहा जाता है। सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले डाइलेक्ट्रिक्स वायु, अभ्रक, कागज आदि हैं। OA संधारित्र का नाम आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले डाइइले के नाम पर रखा जाता है जैसे, वायु संधारित्र, अभ्रक संधारित्र, कागज संधारित्र आदि। (यदि संधारित्र समानांतर प्लेटों के रूप में हो सकता है (समानांतर) प्लेट कैपेसिटर), सांद्र सिलेंडर (बेलनाकार संधारित्र) या अन्य व्यवस्था।
Capacitance
संधारित्र (Capacitor) की आवेश को संचित करने की क्षमता को इसकी धारिता के रूप में जाना जाता है। चित्र 6.1 में दर्शाए अनुसार बैटरी से जुड़े एक समानांतर प्लेट एयर कैपेसिटर पर विचार करें। प्लेट A से इलेक्ट्रॉन बैटरी द्वारा आकर्षित होंगे और ये इलेक्ट्रॉन प्लेट B पर जमा होने लगते हैं। इस क्रिया को कैपेसिटर का चार्ज कहा जाता है क्योंकि कैपेसिटर प्लेटों को चार्ज किया जा रहा है।
प्रयोगात्मक रूप से यह पाया गया है कि संधारित्र में संचित आवेश q p.d के समानुपाती होता है। (V) प्लेटों के आर-पार अर्थात 2. धारिता 10 = स्थिरांक = C समानुपाती नियतांक C को संधारित्र की धारिता कहते हैं। कैपेसिटन की इकाई 1 C/V है जिसे 1 फैराड भी कहा जाता है। 1 सी/वी = 1 फैराड परिभाषा के अनुसार, समाई हमेशा एकसकारात्मक मात्रा होती है। (ii) पी.डी. संधारित्र में चार्ज प्लेटों में वृद्धि के साथ रैखिक रूप से बढ़ता है। इसलिए, दिए गए संधारित्र के लिए अनुपात q/V स्थिर है।
संधारित्र का महत्व (importance of capacitor)
कैपेसिटेंस विद्युत संपत्ति है जो विद्युत क्षेत्र के रूप में चार्ज और विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करता है। कैपेसिटेंस सर्किट वोल्टेज में अचानक परिवर्तन का विरोध करता है या तो संग्रहीत ऊर्जा का हिस्सा जारी करता है या अतिरिक्त ऊर्जा का भंडारण करता है। एक उपकरण जिसे 2 निर्दिष्ट मात्रा में समाई प्रदान करने के लिए बनाया गया है उसे संधारित्र कहा जाता है। जिस तरह एक रोकनेवाला एक घटक है जिसे विशेष रूप से प्रतिरोध की एक निश्चित मात्रा के लिए निर्मित किया गया है, एक संधारित्र एक उपकरण है जिसे विशेष रूप से एक निश्चित मात्रा में समाई के लिए डिज़ाइन किया गया है।
डाइइलेक्ट्रिक संधारित्र (dielectric capacitor)
जब एक वायु संधारित्र की प्लेटों के बीच परावैद्युत सामग्री डाली जाती है, तो धारिता बढ़ जाती है। यदि ढांकता हुआ प्लेटों के बीच की जगह को पूरी तरह से भर देता है, तो ढांकता हुआ के ढांकता हुआ स्थिरांक और कारक द्वारा समाई बढ़ जाती है। चित्र 6.4 में एक परावैद्युत आवेशित समानांतर प्लेटों को पूरी तरह से भरते हुए दिखाया गया है। आवेशित प्लेटों के कारण विद्युत क्षेत्र E परावैद्युत पदार्थ पर कार्य करता है।
चूंकि एक संधारित्र में ढांकता हुआ सामग्री एक इन्सुलेटर है, इलेक्ट्रॉन दृढ़ता से अपने मूल परमाणुओं से बंधे होते हैं और विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में यात्रा करने के लिए स्वतंत्र नहीं होते हैं (जब तक कि टूटने की ताकत पार नहीं हो जाती)। हालांकि, विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, ढांकता हुआ में इलेक्ट्रॉन केवल स्थिति को स्थानांतरित कर सकते हैं, जिससे प्रत्येक परमाणु का एक पक्ष सकारात्मक और दूसरा पक्ष नकारात्मक हो जाता है। चित्र 6.4 इस परिघटना को दर्शाता है।
ध्यान दें कि ढांकता हुआ के आंतरिक भाग में प्रत्येक परमाणु का एक सकारात्मक पक्ष होता है जो आसन्न परमाणु के नकारात्मक पक्ष द्वारा निष्प्रभावी होता है। हालांकि, ढांकता हुआ के चरम किनारों के साथ परमाणुओं में उनके पक्षों को बेअसर करने के लिए ऐसे आसन्न परमाणु नहीं होते हैं। परिणामस्वरूप, वे परावैद्युत के भीतर एक विद्युत क्षेत्र E स्थापित करते हैं जो आवेशित प्लेटों द्वारा स्थापित क्षेत्र का विरोध करता है। इसलिए, प्लेटों के बीच शुद्ध क्षेत्र की तीव्रता इससे कम होती है यदि कोई ढांकता हुआ मौजूद न हो। क्षेत्र की तीव्रता के एक छोटे मूल्य का मतलब है कि प्लेटों पर एक निश्चित मात्रा में चार्ज q जमा करने के लिए V के एक छोटे मूल्य की आवश्यकता होती है। इसलिए, C= q/V से, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि धारिता C बढ़ा दी गई है।
आवेशित संधारित्र में संचित ऊर्जा (energy stored in a charged capacitor)
एक समानांतर प्लेट संधारित्र पर विचार करें जो प्रारंभ में अनावेशित है ताकि प्लेटों के आर-पार प्रारंभिक विभवांतर शून्य हो। अब कल्पना करें कि संधारित्र एक बैटरी से जुड़ा है और अधिकतम चार्ज q विकसित करता है और प्लेटों में अंतिम क्षमता V है। चूंकि संधारित्र को रैखिक रूप से चार्ज किया जाता है, इसलिए q-V ग्राफ मूल से गुजरने वाली एक सीधी रेखा है जैसा कि चित्र 6.7 में दिखाया गया है। चूंकि प्रारंभिक संभावित अंतर 18 शून्य है, चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान औसत संभावित अंतर 3D(0 + V2 = V/2
यह परिणाम किसी भी संधारित्र पर लागू होता है, चाहे उसकी ज्यामिति कुछ भी हो। ध्यान दें। उपरोक्त अभिव्यक्ति से यह स्पष्ट है कि संधारित्र प्लेटों में संभावित अंतर बढ़ने पर संग्रहीत ऊर्जा बढ़ जाती है। व्यवहार में, अधिकतम ऊर्जा (या चार्ज) की एक सीमा होती है जिसे संग्रहीत किया जा सकता है, इसका कारण यह है कि अंततः प्लेटों के बीच V के पर्याप्त बड़े मूल्य पर क्लेक्टिकल डिस्चार्ज होगा। इस कारण से, कैपेसिटर को आमतौर पर अधिकतम ओपरेटिंग वोल्टेज के साथ लेबल किया जाता है।
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