ఎలక్ట్రిక్ కెపాసిటెన్స్ అనేది ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక భావనలలో ఒకటి. ఈ పదం ఎలెక్ట్రిక్ ఛార్జ్ని కూడబెట్టుకునే సామర్థ్యాన్ని సూచిస్తుంది. మీరు ప్రత్యేక కండక్టర్ యొక్క సామర్థ్యం గురించి మాట్లాడవచ్చు, మీరు రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ కండక్టర్ల వ్యవస్థ యొక్క సామర్థ్యం గురించి మాట్లాడవచ్చు. భౌతిక ప్రక్రియలు సమానంగా ఉంటాయి.
విషయము
విద్యుత్ సామర్థ్యానికి సంబంధించిన ప్రాథమిక అంశాలు
కండక్టర్ ఛార్జ్ qని పొందినట్లయితే, దానిపై సంభావ్య φ పుడుతుంది. ఈ సంభావ్యత జ్యామితి మరియు పర్యావరణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది - వివిధ కండక్టర్లు మరియు షరతులకు, ఒకే ఛార్జ్ వేరే సంభావ్యతను కలిగిస్తుంది. కానీ φ ఎల్లప్పుడూ qకి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది:
φ=Cq
కోఎఫీషియంట్ సిని ఎలక్ట్రికల్ కెపాసిటెన్స్ అంటారు.మేము అనేక కండక్టర్ల (సాధారణంగా రెండు) వ్యవస్థ గురించి మాట్లాడుతుంటే, ఒక కండక్టర్ (ప్లేట్)కి ఛార్జ్ అందించినప్పుడు, సంభావ్య వ్యత్యాసం లేదా వోల్టేజ్ U ఏర్పడుతుంది:
U=Cq, అందుకే С=U/q
కెపాసిటెన్స్ని దానికి కారణమైన ఛార్జ్కు సంభావ్య వ్యత్యాసం యొక్క నిష్పత్తిగా నిర్వచించవచ్చు. కెపాసిటెన్స్ కోసం SI యూనిట్ ఫరాడ్ (వారు ఫరాడ్ అని చెప్పేవారు). 1 F \u003d 1 V / 1 C. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఒక వ్యవస్థ 1 ఫారడ్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, దీనిలో 1 కూలంబ్ ఛార్జ్ చేయబడినప్పుడు, 1 వోల్ట్ సంభావ్య వ్యత్యాసం తలెత్తుతుంది. 1 ఫారడ్ చాలా పెద్ద విలువ. ఆచరణలో, పాక్షిక విలువలు చాలా తరచుగా ఉపయోగించబడతాయి - పికోఫరాడ్, నానోఫారడ్, మైక్రోఫారడ్.
ఆచరణలో, అటువంటి కనెక్షన్ ఒక సెల్ కంటే విద్యుద్వాహకము యొక్క ఎక్కువ బ్రేక్డౌన్ వోల్టేజ్ని తట్టుకోగల బ్యాటరీని పొందడం సాధ్యం చేస్తుంది.
కెపాసిటర్ల కెపాసిటెన్స్ యొక్క గణన
ఆచరణలో, సాధారణీకరించిన విద్యుత్ కెపాసిటెన్స్ కలిగిన మూలకాలుగా, చాలా తరచుగా ఉపయోగించబడుతుంది కెపాసిటర్లు, ఒక విద్యుద్వాహకము ద్వారా వేరు చేయబడిన రెండు ఫ్లాట్ కండక్టర్లను (ప్లేట్లు) కలిగి ఉంటుంది. అటువంటి కెపాసిటర్ యొక్క ఎలెక్ట్రిక్ కెపాసిటెన్స్ను లెక్కించే ఫార్ములా ఇలా కనిపిస్తుంది:
C=(S/d)*ε*ε0
ఎక్కడ:
- సి - కెపాసిటీ, ఎఫ్;
- S అనేది ముఖభాగాల ప్రాంతం, sq.m;
- d అనేది ప్లేట్ల మధ్య దూరం, m;
- ε0 - విద్యుత్ స్థిరాంకం, స్థిరాంకం, 8.854 * 10−12 f/m;
- ε అనేది డైఎలెక్ట్రిక్ యొక్క ఎలక్ట్రికల్ పర్మిటివిటీ, డైమెన్షన్లెస్ క్వాంటిటీ.
దీని నుండి కెపాసిటెన్స్ ప్లేట్ల వైశాల్యానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుందని మరియు కండక్టర్ల మధ్య దూరానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుందని అర్థం చేసుకోవడం సులభం. అలాగే, ప్లేట్లను వేరుచేసే పదార్థం ద్వారా సామర్థ్యం ప్రభావితమవుతుంది.
కెపాసిటెన్స్ని నిర్ణయించే పరిమాణాలు ఛార్జ్ని నిల్వ చేసే కెపాసిటర్ సామర్థ్యాన్ని ఎలా ప్రభావితం చేస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి, మీరు కెపాసిటర్ని అతిపెద్ద కెపాసిటెన్స్తో రూపొందించడానికి ఒక ఆలోచన ప్రయోగం చేయవచ్చు.
- మీరు ప్లేట్ల వైశాల్యాన్ని పెంచడానికి ప్రయత్నించవచ్చు. ఇది పరికరం యొక్క కొలతలు మరియు బరువులో పదునైన పెరుగుదలకు దారి తీస్తుంది. వాటిని వేరుచేసే విద్యుద్వాహకముతో లైనింగ్ యొక్క పరిమాణాన్ని తగ్గించడానికి, అవి చుట్టబడతాయి (ట్యూబ్, ఫ్లాట్ బ్రికెట్, మొదలైనవి).
- ప్లేట్ల మధ్య దూరాన్ని తగ్గించడం మరొక మార్గం. కండక్టర్లను చాలా దగ్గరగా ఉంచడం ఎల్లప్పుడూ సాధ్యం కాదు, ఎందుకంటే విద్యుద్వాహక పొర ప్లేట్ల మధ్య నిర్దిష్ట సంభావ్య వ్యత్యాసాన్ని తట్టుకోవాలి. చిన్న మందం, ఇన్సులేటింగ్ గ్యాప్ యొక్క విద్యుద్వాహక బలం తక్కువగా ఉంటుంది. మీరు ఈ మార్గాన్ని తీసుకుంటే, అటువంటి కెపాసిటర్ యొక్క ఆచరణాత్మక ఉపయోగం అర్థరహితంగా మారే సమయం వస్తుంది - ఇది చాలా తక్కువ వోల్టేజీల వద్ద మాత్రమే పని చేస్తుంది.
- విద్యుద్వాహకము యొక్క విద్యుత్ పారగమ్యతను పెంచడం. ఈ మార్గం ప్రస్తుతం ఉన్న ఉత్పత్తి సాంకేతికతల అభివృద్ధిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇన్సులేటింగ్ పదార్థం అధిక పారగమ్యత విలువను మాత్రమే కాకుండా, మంచి విద్యుద్వాహక లక్షణాలను కలిగి ఉండాలి మరియు అవసరమైన ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో దాని పారామితులను కూడా నిర్వహించాలి (కెపాసిటర్ పనిచేసే ఫ్రీక్వెన్సీ పెరుగుదలతో, విద్యుద్వాహక క్షీణత యొక్క లక్షణాలు).
కొన్ని ప్రత్యేకమైన లేదా పరిశోధనా సంస్థాపనలు గోళాకార లేదా స్థూపాకార కెపాసిటర్లను ఉపయోగించవచ్చు.
గోళాకార కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ సూత్రం ద్వారా లెక్కించబడుతుంది
C=4*π*ε*ε0 *R1R2/(R2-R1)
ఇక్కడ R అనేది గోళాల వ్యాసార్థం మరియు π=3.14.
స్థూపాకార కెపాసిటర్ కోసం, కెపాసిటెన్స్ ఇలా లెక్కించబడుతుంది:
C=2*π*ε*ε0 *l/ln(R2/R1)
l అనేది సిలిండర్ల ఎత్తు, మరియు R1 మరియు R2 వాటి రేడియాలు.
ప్రాథమికంగా, రెండు సూత్రాలు ఫ్లాట్ కెపాసిటర్ కోసం ఫార్ములా నుండి భిన్నంగా లేవు. కెపాసిటెన్స్ ఎల్లప్పుడూ ప్లేట్ల యొక్క లీనియర్ కొలతలు, వాటి మధ్య దూరం మరియు విద్యుద్వాహకము యొక్క లక్షణాల ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది.
కెపాసిటర్ల సిరీస్ మరియు సమాంతర కనెక్షన్
కెపాసిటర్లను కనెక్ట్ చేయవచ్చు శ్రేణిలో లేదా సమాంతరంగా, కొత్త లక్షణాలతో సమితిని పొందడం.
సమాంతర కనెక్షన్
మీరు కెపాసిటర్లను సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేస్తే, ఫలితంగా బ్యాటరీ యొక్క మొత్తం సామర్థ్యం దాని భాగాల యొక్క అన్ని సామర్థ్యాల మొత్తానికి సమానంగా ఉంటుంది. బ్యాటరీ అదే డిజైన్ యొక్క కెపాసిటర్లను కలిగి ఉంటే, ఇది అన్ని ప్లేట్ల వైశాల్యానికి అదనంగా పరిగణించబడుతుంది. ఈ సందర్భంలో, బ్యాటరీ యొక్క ప్రతి సెల్లోని 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.
సీరియల్ కనెక్షన్
సిరీస్లో కనెక్ట్ చేసినప్పుడు, ప్రతి కెపాసిటెన్స్ ఛార్జీలు ఒకే విధంగా ఉంటాయి:
q1= q2= q3= q
మొత్తం వోల్టేజ్ అనుపాతంలో పంపిణీ చేయబడుతుంది కెపాసిటర్ల కెపాసిటెన్స్:
- యు1=q/C1;
- యు2=q/C2;
- యు3= q/C3.
అన్ని కెపాసిటర్లు ఒకేలా ఉంటే, ప్రతి అంతటా సమాన వోల్టేజ్ పడిపోతుంది. మొత్తం సామర్థ్యం ఇలా కనుగొనబడింది:
С=q/( యు1+యు2+యు3), అందుకే 1/С=( యు1+యు2+యు3)/q=1/C1+1/S2+1/S3.
సాంకేతికతలో కెపాసిటర్ల ఉపయోగం
కెపాసిటర్లను విద్యుత్ శక్తి నిల్వ పరికరాలుగా ఉపయోగించడం తార్కికం. ఈ సామర్థ్యంలో, 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 కూడగట్టుకునే వారి సామర్థ్యం, ఆపై దాదాపు తక్షణమే దాన్ని వదులుకోవడం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ ఆస్తి ఫోటోగ్రఫీ కోసం ఫ్లాష్ ల్యాంప్లలో లేదా లేజర్ల ఉత్తేజితం కోసం దీపాలలో ఉపయోగించబడుతుంది.
రేడియో ఇంజనీరింగ్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్లో కెపాసిటర్లు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. కెపాసిటెన్స్లు రెసొనెంట్ సర్క్యూట్లలో భాగంగా సర్క్యూట్ల ఫ్రీక్వెన్సీ-సెట్టింగ్ ఎలిమెంట్లలో ఒకటిగా ఉపయోగించబడతాయి (ఇతర మూలకం ఇండక్టెన్స్). ఇది వేరియబుల్ కాంపోనెంట్ను ఆలస్యం చేయకుండా డైరెక్ట్ కరెంట్ను పాస్ చేయని కెపాసిటర్ల సామర్థ్యాన్ని కూడా ఉపయోగిస్తుంది. ఒక దశ యొక్క DC మోడ్ల ప్రభావాన్ని మరొక దశలో మినహాయించడం కోసం యాంప్లిఫైయింగ్ దశలను వేరు చేయడానికి ఇటువంటి అప్లికేషన్ సాధారణం. పెద్ద కెపాసిటర్లు విద్యుత్ సరఫరాలో స్మూత్టింగ్ ఫిల్టర్లుగా ఉపయోగించబడతాయి. కెపాసిటర్ల యొక్క భారీ సంఖ్యలో ఇతర అప్లికేషన్లు కూడా ఉన్నాయి, ఇక్కడ వాటి లక్షణాలు ఉపయోగకరంగా ఉంటాయి.
కొన్ని ఆచరణాత్మక కెపాసిటర్ నమూనాలు
ఆచరణలో, ఫ్లాట్ కెపాసిటర్ల యొక్క వివిధ నమూనాలు ఉపయోగించబడతాయి. పరికరం యొక్క రూపకల్పన దాని లక్షణాలు మరియు పరిధిని నిర్ణయిస్తుంది.
వేరియబుల్ కెపాసిటర్
ఒక సాధారణ రకం వేరియబుల్ కెపాసిటర్ (VPC) గాలి లేదా ఘన అవాహకం ద్వారా వేరు చేయబడిన కదిలే మరియు స్థిర ప్లేట్ల బ్లాక్ను కలిగి ఉంటుంది. కదిలే ప్లేట్లు అక్షం చుట్టూ తిరుగుతాయి, అతివ్యాప్తి ప్రాంతాన్ని పెంచడం లేదా తగ్గించడం. కదిలే బ్లాక్ తొలగించబడినప్పుడు, ఇంటర్ఎలెక్ట్రోడ్ గ్యాప్ మారదు, కానీ ప్లేట్ల మధ్య సగటు దూరం కూడా పెరుగుతుంది. ఇన్సులేటర్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం కూడా మారదు. ప్లేట్ల వైశాల్యం మరియు వాటి మధ్య సగటు దూరాన్ని మార్చడం ద్వారా సామర్థ్యం నియంత్రించబడుతుంది.
ఆక్సైడ్ కెపాసిటర్
గతంలో, అటువంటి కెపాసిటర్ను విద్యుద్విశ్లేషణ అని పిలుస్తారు. ఇది ఎలక్ట్రోలైట్తో కలిపిన కాగితం విద్యుద్వాహకముతో వేరు చేయబడిన రేకు యొక్క రెండు స్ట్రిప్లను కలిగి ఉంటుంది. మొదటి స్ట్రిప్ ఒక ప్లేట్గా పనిచేస్తుంది, రెండవ ప్లేట్ 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 పరిమాణాలతో తగినంత పెద్ద సామర్థ్యాలను పొందడం సాధ్యమైంది. దీని ధర తక్కువ ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ - ఆక్సైడ్ పొరకు అధిక విద్యుత్ బలం లేదు. ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ పెరుగుదలతో, కెపాసిటర్ యొక్క కొలతలు గణనీయంగా పెంచడం అవసరం.
మరొక సమస్య ఏమిటంటే ఆక్సైడ్ ఒక-వైపు వాహకతను కలిగి ఉంటుంది, కాబట్టి అటువంటి కంటైనర్లు ధ్రువణతతో 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 ఇంటర్మీడియట్ లింక్గా పరిగణించబడుతున్నప్పటికీ, సారాంశంలో ఇది ఇప్పటికీ కెపాసిటర్.
డబుల్ ఎలక్ట్రికల్ పొరను ఉపయోగించడం వల్ల ప్లేట్ల మధ్య దూరం తీవ్రంగా తగ్గింది. ప్లేట్లు వ్యతిరేక ఛార్జీలతో అయాన్ల పొరలు. నురుగు పోరస్ పదార్థాల కారణంగా ప్లేట్ల వైశాల్యాన్ని తీవ్రంగా పెంచడం సాధ్యమైంది. ఫలితంగా, వందల కొద్దీ ఫారడ్ల సామర్థ్యంతో సూపర్ కెపాసిటర్లను పొందడం సాధ్యమవుతుంది.అటువంటి పరికరాల యొక్క పుట్టుకతో వచ్చే వ్యాధి తక్కువ ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ (సాధారణంగా 10 వోల్ట్లలోపు).
సాంకేతికత అభివృద్ధి ఇప్పటికీ నిలబడదు - అనేక ప్రాంతాల నుండి దీపాలు బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్లచే స్థానభ్రంశం చెందుతాయి, అవి యూనిపోలార్ ట్రయోడ్లచే భర్తీ చేయబడతాయి. సర్క్యూట్లను రూపొందించేటప్పుడు, వారు సాధ్యమైన చోట ఇండక్టెన్స్లను వదిలించుకోవడానికి ప్రయత్నిస్తారు. మరియు కెపాసిటర్లు రెండవ శతాబ్దానికి తమ స్థానాలను కోల్పోలేదు, లేడెన్ జార్ యొక్క ఆవిష్కరణ నుండి వారి డిజైన్ ప్రాథమికంగా మారలేదు మరియు వారి కెరీర్ను ముగించే అవకాశాలు లేవు.
ఇలాంటి కథనాలు:
