स्थिर विद्युत विभव तथा धारिता। electrostatic potential and capacitance | chapter-2 | class-12th | physics | NCERT | UP Board |
इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के क्षेत्र में स्थिर विद्युत विभव और धारिता दो महत्वपूर्ण अवधारणाएं हैं। स्थिर विद्युत विभव अंतरिक्ष में दिए गए बिंदु पर प्रति यूनिट चार्ज विद्युत संभावित ऊर्जा को संदर्भित करती है। यह एक अदिश राशि है जो एक विद्युत क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा का वर्णन करती है। स्थिर विद्युत विभव को वोल्ट में मापा जाता है और प्रतीक v द्वारा दर्शाया जाता है।
दूसरी ओर, धारिता, इलेक्ट्रिक चार्ज को स्टोर करने के लिए सिस्टम की क्षमता को संदर्भित करता है। इसे कंडक्टर पर संग्रहीत चार्ज के परिमाण के कंडक्टर के बीच विद्युत संभावित अंतर के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। धारिता को फैराड में मापा जाता है और प्रतीक c द्वारा दर्शाया जाता है।
धारिता की अवधारणा इस तथ्य से उत्पन्न होती है कि एक इन्सुलेट सामग्री (या वैक्यूम) से अलग किए गए किसी भी दो कंडक्टर एक इलेक्ट्रिक चार्ज को स्टोर कर सकते हैं जब उनके बीच एक संभावित अंतर लगाया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कंडक्टरों के बीच उत्पन्न विद्युत क्षेत्र एक कंडक्टर पर इलेक्ट्रॉनों को जमा करने और दूसरे से दूर जाने का कारण बन सकता है, जिससे संभावित अंतर पैदा होता है। कंडक्टरों पर संग्रहीत किए जा सकने वाले चार्ज की मात्रा उनकी ज्यामिति, उनके बीच की दूरी और इन्सुलेट सामग्री के ढांकता हुआ स्थिरांक पर निर्भर करती है।
धारिता कई विद्युत अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जैसे इलेक्ट्रॉनिक सर्किट, बैटरी और कैपेसिटर जैसे ऊर्जा भंडारण उपकरणों और रेडियो फ्रीक्वेंसी संचार प्रणालियों में। दूसरी ओर, स्थिर विद्युत विभव विद्युत क्षेत्रों के व्यवहार और आवेशित कणों के साथ उनकी बातचीत को समझने में महत्वपूर्ण है।
संक्षेप में, स्थिर विद्युत विभव और समाई विद्युत चुंबकत्व में दो मूलभूत अवधारणाएं हैं जो विद्युत क्षेत्रों के व्यवहार और विद्युत आवेश के भंडारण को समझने के लिए आवश्यक हैं।
स्थिर विद्युत विभव – Electrostatic Potential
विद्युत के क्षेत्र में स्थिर विद्युत विभव एक मौलिक अवधारणा है। यह एक विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति के कारण अंतरिक्ष में दिए गए बिंदु पर ऊर्जा प्रति यूनिट चार्ज का वर्णन करता है। इस संभावित ऊर्जा को एक इकाई आवेश को अनंत से उस बिंदु तक लाने के लिए आवश्यक कार्य के रूप में सोचा जा सकता है। स्थिर विद्युत विभव को वोल्ट में मापा जाता है और इसे प्रतीक V द्वारा निरूपित किया जाता है।
विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन जैसे आवेशित कणों की उपस्थिति से निर्मित होते हैं। जब दो आवेशित कणों को एक-दूसरे के करीब लाया जाता है, तो वे अपने चारों ओर के विद्युत क्षेत्र के माध्यम से एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करेंगे। कणों के बीच की दूरी बढ़ने पर इस क्षेत्र की ताकत कम हो जाती है। हालाँकि, स्थिर विद्युत विभव एक अदिश राशि है जो अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर स्थिर रहती है, भले ही इसे बनाने वाले आवेशित कणों से दूरी कुछ भी हो।
स्थिर विद्युत विभव की कल्पना करने का एक तरीका तीन आयामों में विद्युत क्षेत्र के मानचित्र की कल्पना करना है। इस नक्शे में किसी भी बिंदु पर, स्थिर विद्युत विभव संदर्भ स्तर से ऊपर एक विशिष्ट ऊंचाई के अनुरूप होगी, पर्वत श्रृंखला के स्थलाकृतिक मानचित्र की तरह। इस समानता में, विद्युत क्षेत्र की ताकत इलाके की ढलान से मेल खाती है। ढलान जितना अधिक होगा, विद्युत क्षेत्र उतना ही मजबूत होगा और स्थिर विद्युत संभावित ऊर्जा अधिक होगी।
स्थिर विद्युत विभव की अवधारणा भौतिकी और इंजीनियरिंग के कई क्षेत्रों में उपयोगी है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग विद्युत क्षेत्र में आवेशित कणों के व्यवहार को समझने के लिए किया जाता है। जब एक आवेशित कण को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह एक ऐसे बल का अनुभव करेगा जो स्थिर विद्युत विभव के ढाल के समानुपाती होता है। इस बल का उपयोग कण को गति देने, उसकी गति की दिशा बदलने या उसे अंतरिक्ष के किसी विशेष क्षेत्र में फंसाने के लिए किया जा सकता है।
स्थिर विद्युत विभव का एक अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग स्थिर विद्युत डिस्चार्ज (ईएसडी) सुरक्षा में है। ईएसडी तब होता है जब एक सामग्री की सतह पर एक विद्युत आवेश बनता है और फिर एक चिंगारी पैदा करते हुए अचानक डिस्चार्ज हो जाता है। यह डिस्चार्ज इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है, जो अक्सर विद्युत संकेतों के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। घटकों और उनके आसपास के वातावरण की स्थिर विद्युत विभव को नियंत्रित करके, ईएसडी को रोकना और संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान से बचाना संभव है।
अंत में, स्थिर विद्युत विभव विद्युत चुंबकत्व में एक मौलिक अवधारणा है जो विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति के कारण अंतरिक्ष में दिए गए बिंदु पर ऊर्जा प्रति यूनिट चार्ज का वर्णन करती है। यह विद्युत क्षेत्रों में आवेशित कणों के व्यवहार को समझने और संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को स्थिर विद्युत डिस्चार्ज से बचाने के लिए एक उपयोगी उपकरण है। स्थिर विद्युत विभव
बिंदु आवेशों के कारण विभव – Potential Due to Point Charges
बिंदु आवेशों के कारण संभावित, अंतरिक्ष में एक निश्चित स्थिति में स्थित एक या एक से अधिक आवेशित कणों द्वारा निर्मित अंतरिक्ष में एक बिंदु पर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता को संदर्भित करता है।
एक बिंदु आवेश के कारण स्थिर विद्युत विभव कूलम्ब के नियम द्वारा दी गई है, जिसमें कहा गया है कि एक बिंदु आवेश Q से r दूरी पर प्रति इकाई आवेश की संभावित ऊर्जा Q/r के समानुपाती होती है। विशेष रूप से, एक बिंदु आवेश Q से दूरी r पर स्थिर विद्युत विभव निम्न द्वारा दिया गया है:
V = kQ/r
जहाँ k कूलम्ब स्थिरांक है (लगभग 9 x 10^9 Nm^2/C^2)। यह सूत्र दर्शाता है कि व्युत्क्रम वर्ग नियम का पालन करते हुए बिंदु आवेश से दूरी बढ़ने पर स्थिर विद्युत विभव घट जाता है।
यदि अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थानों पर कई बिंदु आवेश स्थित हैं, तो अंतरिक्ष में एक बिंदु पर कुल स्थिर विद्युत विभव प्रत्येक व्यक्तिगत बिंदु आवेश के कारण संभावितों का योग है। सुपरपोजिशन सिद्धांत बताता है कि अंतरिक्ष में एक बिंदु पर कई आवेशों के कारण विद्युत क्षेत्र और क्षमता प्रत्येक अलग-अलग आवेश के कारण क्षेत्र और क्षमता का सदिश योग है। स्थिर विद्युत विभव
बिंदु आवेशों के कारण क्षमता की अवधारणा भौतिकी और इंजीनियरिंग के कई क्षेत्रों में उपयोगी है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग आवेशित कणों की एक प्रणाली की संभावित ऊर्जा, आवेशित कणों के बीच बल और विद्युत क्षेत्रों में आवेशित कणों के व्यवहार की गणना करने के लिए किया जा सकता है। स्थिर विद्युत डिस्चार्ज (ईएसडी) सुरक्षा के अध्ययन में भी यह महत्वपूर्ण है, जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान से बचाने के लिए आवश्यक है।
विद्युत द्विधुर्व के कारण विभव – Potential Due to Electric Dipole
विद्युत द्विध्रुव के कारण विभव विद्युत द्विध्रुव द्वारा निर्मित अंतरिक्ष में एक बिंदु पर स्थिर वैद्युत क्षमता को संदर्भित करता है जिसमें समान परिमाण के दो बिंदु आवेश और एक निश्चित दूरी से अलग किए गए विपरीत चिन्ह होते हैं। स्थिर विद्युत विभव
एक विद्युत द्विध्रुवीय दो बिंदु आवेशों, q और -q की एक प्रणाली है, जो दूरी d से अलग होती है। विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण, p, को आवेश के परिमाण और उनके बीच की दूरी के गुणनफल के रूप में परिभाषित किया जाता है, जैसे कि p = qd
अंतरिक्ष में एक बिंदु पर विद्युत द्विध्रुव के कारण स्थिर विद्युत विभव निम्न द्वारा दी गई है:
V = (1/4πε₀) * (p/r^2) * cosθ
जहां ε₀ मुक्त स्थान की पारगम्यता है, r बिंदु और द्विध्रुव के मध्य बिंदु के बीच की दूरी है, θ द्विध्रुवीय अक्ष और बिंदु को जोड़ने वाली रेखा और द्विध्रुव के मध्य बिंदु के बीच का कोण है।
यह सूत्र दर्शाता है कि व्युत्क्रम वर्ग नियम का पालन करते हुए, वैद्युत द्विध्रुव के कारण वैद्युत विभव घटता है, जैसे-जैसे द्विध्रुव से दूरी बढ़ती है। क्षमता अंतरिक्ष में बिंदु के संबंध में द्विध्रुवीय के उन्मुखीकरण पर भी निर्भर करती है।
विद्युत द्विध्रुव के कारण विभव की अवधारणा भौतिकी और इंजीनियरिंग के कई क्षेत्रों में उपयोगी है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग विद्युत क्षेत्रों में अणुओं के व्यवहार, अणुओं और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बीच की बातचीत और ढांकता हुआ पदार्थों में विद्युत द्विध्रुव के व्यवहार को समझने के लिए किया जा सकता है। स्थिर विद्युत डिस्चार्ज (ईएसडी) सुरक्षा के अध्ययन में भी यह महत्वपूर्ण है, जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान से बचाने के लिए आवश्यक है। स्थिर विद्युत विभव
आवेशों के निकाय के कारण विभव – Potential Due to System of Charges
आवेशों की एक प्रणाली के कारण होने वाली क्षमता अंतरिक्ष में निश्चित स्थिति में स्थित कई बिंदु आवेशों द्वारा निर्मित अंतरिक्ष में एक बिंदु पर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता को संदर्भित करती है।
आवेशों की एक प्रणाली के कारण अंतरिक्ष में एक बिंदु पर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता प्रत्येक व्यक्तिगत बिंदु आवेश के कारण संभावितों का योग है। गणितीय रूप से, अंतरिक्ष में एक बिंदु पर संभावित द्वारा दिया जाता है:
V = k * ∑(qi/ri)
जहाँ k कूलम्ब स्थिरांक है, qi i-वें बिंदु आवेश का आवेश है, और ri i-वें बिंदु आवेश और संबंधित बिंदु के बीच की दूरी है।
यह सूत्र दर्शाता है कि आवेशों की एक प्रणाली के कारण अंतरिक्ष में एक बिंदु पर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता प्रत्येक बिंदु आवेश के परिमाण और चिह्न के साथ-साथ बिंदु आवेशों और प्रश्न में बिंदु के बीच की दूरी पर निर्भर करती है। व्युत्क्रम वर्ग नियम का पालन करते हुए आवेशों से दूरी बढ़ने पर विभव घटता है। स्थिर विद्युत विभव
चार्ज सिस्टम के कारण क्षमता की अवधारणा भौतिकी और इंजीनियरिंग के कई क्षेत्रों में उपयोगी है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग आवेशित कणों की एक प्रणाली की संभावित ऊर्जा, आवेशित कणों के बीच बल और विद्युत क्षेत्रों में आवेशित कणों के व्यवहार की गणना करने के लिए किया जा सकता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी) सुरक्षा के अध्ययन में भी यह महत्वपूर्ण है, जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान से बचाने के लिए आवश्यक है।
समविभव पृष्ठ – Equipotential Surface
समविभव सतह त्रि-आयामी स्थान में एक सतह है जहां सतह पर सभी बिंदुओं में समान विद्युत क्षमता या गुरुत्वाकर्षण क्षमता होती है। दूसरे शब्दों में, सतह पर किसी बिंदु पर रखे गए कण की विद्युत या गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा स्थिर रहती है।
एक समविभव सतह को एक काल्पनिक सतह के रूप में माना जा सकता है जो अंतरिक्ष में सभी बिंदुओं को समान संभावित ऊर्जा से जोड़ती है। विद्युत क्षेत्र में समविभव पृष्ठ विद्युत क्षेत्र रेखाओं के लम्बवत् होते हैं। इसका अर्थ यह है कि यदि कोई आवेशित कण समविभव पृष्ठ के अनुदिश गति करता है, तो वह विद्युत क्षेत्र के कारण किसी बल का अनुभव नहीं करता है।
समविभव सतहों का उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे विद्युत परिपथों के डिजाइन और ग्रहों और तारों के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के विश्लेषण में। वे भौतिकी में आवेशित कणों और विद्युत क्षेत्रों के व्यवहार को समझने में भी उपयोगी हैं। स्थिर विद्युत विभव
आवेशों के निकाय की स्थतिज ऊर्जा – Potential Energy of a System of Charges
आवेशों के निकाय की स्थितिज ऊर्जा, निकाय में आवेशों के विन्यास से जुड़ी ऊर्जा है। यह उस कार्य की मात्रा है जो आवेशों को एक अनंत पृथक्करण से उनके वर्तमान विन्यास तक इकट्ठा करने के लिए आवश्यक है। आवेशों के किसी निकाय की स्थितिज ऊर्जा आवेशों की स्थिति और उनके आवेशों के परिमाण तथा उनके बीच अन्योन्यक्रियाओं पर निर्भर करती है।
एक विद्युत क्षेत्र में, आवेशों की एक प्रणाली की संभावित ऊर्जा सूत्र
U = k * Q1 * Q2 / r
द्वारा दी जाती है, जहाँ k कूलम्ब का स्थिरांक है, Q1 और Q2 दूरी r द्वारा अलग किए गए दो बिंदु आवेशों के आवेश हैं। समान आवेशों के लिए स्थितिज ऊर्जा धनात्मक होती है, जिसका अर्थ है कि वे एक-दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, और विपरीत आवेशों के लिए ऋणात्मक, जिसका अर्थ है कि वे एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं।
अंतरिक्ष में दो बिंदुओं के बीच विद्युत संभावित अंतर की गणना के लिए आवेशों की एक प्रणाली की संभावित ऊर्जा का उपयोग किया जा सकता है। एक परीक्षण कण के आवेश द्वारा संभावित ऊर्जा को विभाजित करके, हम दो बिंदुओं के बीच विद्युत संभावित अंतर प्राप्त करते हैं। इस संभावित अंतर का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे विद्युत परिपथों का डिज़ाइन और भौतिकी में विद्युत क्षेत्रों का विश्लेषण। स्थिर विद्युत विभव
बाह्य क्षेत्र में स्थतिज ऊर्जा – Potential Energy in External Field
जब किसी आवेश वाली वस्तु को बाहरी विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो वह एक बल का अनुभव करती है और इसलिए उसमें संभावित ऊर्जा रखने की क्षमता होती है। बाहरी विद्युत क्षेत्र में किसी वस्तु की संभावित ऊर्जा को वस्तु को उसकी प्रारंभिक स्थिति से विद्युत क्षेत्र में उसकी वर्तमान स्थिति तक ले जाने के लिए आवश्यक कार्य की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है।
एक बाहरी विद्युत क्षेत्र में, चार्ज क्यू के साथ किसी ऑब्जेक्ट की संभावित ऊर्जा सूत्र
U = q * V
द्वारा दी जाती है, जहां वी वस्तु की स्थिति पर विद्युत क्षमता है। विद्युत क्षमता प्रति यूनिट चार्ज विद्युत संभावित ऊर्जा है, और यह अंतरिक्ष में दो बिंदुओं के बीच विद्युत संभावित अंतर का एक उपाय है।
यदि वस्तु को एक बिंदु से दूसरे बिंदु पर ΔV संभावित अंतर के साथ ले जाया जाता है, तो संभावित ऊर्जा में परिवर्तन
ΔU = q * ΔV
द्वारा दिया जाता है। यह व्यंजक दर्शाता है कि किसी आवेश वाली वस्तु की स्थितिज ऊर्जा दो बिंदुओं के बीच विद्युत विभवान्तर और आवेश के परिमाण पर निर्भर करती है।
बाहरी विद्युत क्षेत्र में किसी वस्तु की संभावित ऊर्जा में कई व्यावहारिक अनुप्रयोग होते हैं, जैसे कि विद्युत परिपथों का डिज़ाइन और भौतिकी में विद्युत क्षेत्रों का विश्लेषण। विद्युत क्षेत्रों में आवेशित कणों के व्यवहार को समझने के लिए भी यह आवश्यक है। स्थिर विद्युत विभव
चालक स्थिरविद्युतकी – Conductor Electrostatic
इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में एक कंडक्टर एक ऐसी सामग्री है जो इलेक्ट्रॉनों के मुक्त प्रवाह की अनुमति देता है और इसकी सतह पर निरंतर विद्युत क्षमता बनाए रखने की संपत्ति होती है। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में एक कंडक्टर एक ऐसी सामग्री है जिसके अंदर शून्य विद्युत क्षेत्र होता है और इसकी सतह पर समान रूप से आवेश वितरित होते हैं। स्थिर विद्युत विभव
एक कंडक्टर में, ढीले-ढाले बाहरी खोल इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र हैं। जब किसी चालक को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो इलेक्ट्रॉन इस प्रकार गति करेंगे कि चालक के भीतर विद्युत क्षेत्र शून्य हो जाता है। इसका मतलब है कि कंडक्टर के पूरे इंटीरियर में क्षमता स्थिर है, और विद्युत क्षेत्र शून्य है।
एक कंडक्टर के अंदर बिजली के क्षेत्र की अनुपस्थिति के कारण, कंडक्टर की सतह पर रखा गया कोई भी अतिरिक्त चार्ज निरंतर क्षमता उत्पन्न करने के लिए समान रूप से वितरित होगा। कंडक्टरों की यह संपत्ति उन्हें कई अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाती है, जैसे कि विद्युत परिपथों के डिजाइन और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के परिरक्षण में। स्थिर विद्युत विभव
संक्षेप में, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में कंडक्टर ऐसी सामग्रियां हैं जो इलेक्ट्रॉनों के मुक्त प्रवाह की अनुमति देती हैं और उनकी सतहों पर निरंतर विद्युत क्षमता बनाए रखने की संपत्ति होती है। उनके अंदर शून्य विद्युत क्षेत्र होता है और इसका उपयोग विद्युत क्षेत्र और आवेशों से संबंधित विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जा सकता है।
परावैद्युत तथा ध्रुवण – Dielectric and Polarization
परावैद्युत एक इन्सुलेट सामग्री है जिसे विद्युत क्षेत्र द्वारा ध्रुवीकृत किया जा सकता है। जब एक ढांकता हुआ एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो इसके अणु या परमाणु ध्रुवीकृत हो जाते हैं, जिसका अर्थ है कि उनके सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज एक दूसरे से अलग हो जाते हैं।
ध्रुवीकरण बाहरी विद्युत क्षेत्र के कारण सामग्री में विद्युत द्विध्रुवीय क्षण बनाने की प्रक्रिया है। एक ढांकता हुआ में, ध्रुवीकरण तब होता है जब बाहरी विद्युत क्षेत्र परमाणुओं या अणुओं में आवेशों को थोड़ा शिफ्ट करने का कारण बनता है, जिससे द्विध्रुवीय क्षण बनता है। यह द्विध्रुवीय क्षण तब एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न कर सकता है जो बाहरी विद्युत क्षेत्र का विरोध करता है।
एक ढांकता हुआ में ध्रुवीकरण की डिग्री को ध्रुवीकरण वेक्टर, पी द्वारा मापा जाता है। ध्रुवीकरण वेक्टर को प्रति इकाई आयतन में द्विध्रुवीय क्षण के रूप में परिभाषित किया जाता है, और यह सामग्री में ध्रुवीकरण की परिमाण और दिशा का एक उपाय है।
एक परावैद्युत के ध्रुवीकरण को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: स्थायी ध्रुवीकरण और प्रेरित ध्रुवीकरण। स्थायी ध्रुवीकरण वह ध्रुवीकरण है जो किसी बाहरी विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में भी किसी सामग्री में मौजूद होता है, जबकि प्रेरित ध्रुवीकरण वह ध्रुवीकरण होता है जो केवल तब होता है जब कोई बाहरी विद्युत क्षेत्र मौजूद होता है। स्थिर विद्युत विभव
डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग कई अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कैपेसिटर के डिजाइन में, जो विद्युत ऊर्जा को संग्रहित करता है, और विद्युत तारों के इन्सुलेशन में। उनका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण और विद्युत चुम्बकीय घटनाओं के अध्ययन में भी किया जाता है। स्थिर विद्युत विभव
संधारित्र तथा धारिता – Capacitor and Capacitance
संधारित्र एक उपकरण है जिसका उपयोग विद्युत सर्किट में विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए किया जाता है। इसमें परावैद्युत पदार्थ द्वारा अलग की गई दो प्रवाहकीय प्लेटें होती हैं। जब प्लेटों पर एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो उनके बीच एक विद्युत क्षेत्र बन जाता है, जिसके कारण प्लेटें विद्युत आवेश को संग्रहित करती हैं।
एक संधारित्र कितना इलेक्ट्रिक चार्ज स्टोर कर सकता है, यह उसकी धारिता पर निर्भर करता है। धारिता एक संधारित्र की चार्ज स्टोर करने की क्षमता का एक उपाय है और इसे संधारित्र की प्रत्येक प्लेट पर संग्रहीत इलेक्ट्रिक चार्ज की मात्रा के अनुपात के रूप में प्लेटों के बीच लागू वोल्टेज के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है।
गणितीय रूप से, धारिता को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:
C = Q / V
जहाँ C धारिता है, Q प्रत्येक प्लेट पर संग्रहीत आवेश है, और V प्लेटों के बीच लगाया गया वोल्टेज है।
धारिता की इकाई फैराड (F) है, जिसे एक वोल्ट के संभावित अंतर पर एक कूलॉम इलेक्ट्रिक चार्ज को स्टोर करने के लिए आवश्यक कैपेसिटेंस की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है।
संधारित्र का उपयोग विभिन्न विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है, जैसे कि फिल्टर, ऑसिलेटर, एम्पलीफायर और बिजली की आपूर्ति। उनका उपयोग कई अन्य अनुप्रयोगों में भी किया जाता है, जैसे ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, विद्युत वाहनों और नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में।स्थिर विद्युत विभव
समांतर पट्टिका संधारित्र – Parallel Plate Capacitor
एक समानांतर प्लेट कैपेसिटर एक प्रकार का कैपेसिटर होता है जिसमें एक ढांकता हुआ पदार्थ द्वारा अलग की गई दो समानांतर प्रवाहकीय प्लेटें होती हैं। प्लेटें आमतौर पर धातु से बनी होती हैं, और ढांकता हुआ पदार्थ हवा, प्लास्टिक, कागज या कोई अन्य इन्सुलेट सामग्री हो सकती है।
जब प्लेटों पर एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो उनके बीच एक विद्युत क्षेत्र बन जाता है, जिसके कारण प्लेटें विद्युत आवेश को संग्रहित करती हैं। प्रत्येक प्लेट पर संग्रहीत विद्युत आवेश की मात्रा प्लेटों के बीच संभावित अंतर (वोल्टेज) के समानुपाती होती है।
समानांतर प्लेट संधारित्र की धारिता सूत्र द्वारा दी गई है:
C = ε0 * A / d
जहाँ C धारिता है, ε0 मुक्त स्थान की पारगम्यता (एक स्थिर मान) है, A प्रत्येक प्लेट का क्षेत्रफल है, और d प्लेटों के बीच की दूरी है।
समानांतर प्लेट संधारित्र की प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र एकसमान होता है, और इसका परिमाण सूत्र द्वारा दिया जाता है:
E = V / d
जहां E विद्युत क्षेत्र की ताकत है, V प्लेटों के बीच संभावित अंतर है, और d प्लेटों के बीच की दूरी है।
समानांतर प्लेट कैपेसिटर का व्यापक रूप से विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि फिल्टर, ऑसिलेटर, एम्पलीफायर और बिजली की आपूर्ति। उनका उपयोग कई अन्य अनुप्रयोगों में भी किया जाता है, जैसे ऊर्जा भंडारण प्रणालियों, विद्युत वाहनों और नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में। स्थिर विद्युत विभव
धारिता पर परावैद्युत का प्रभाव – Effect of Dielectric on Capacitance
कैपैसिटर एक ऐसा उपकरण है जो दो धातु में अंतर बनाकर बनता है और इसमें उर्जा भंडारित की जाती है। जब एक कैपैसिटर में एक डायलेक्ट्रिक डाला जाता है तो यह कैपैसिटन्स में परिवर्तन लाता है।
डायलेक्ट्रिक एक विशेष प्रकार का विलायक होता है जो धातुओं के बीच रखा जाता है ताकि उनमें ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन आवेश हो सकें। जब एक डायलेक्ट्रिक कैपैसिटर में डाला जाता है तो इससे उस कैपैसिटर की क्षमता बढ़ती है।
इसका कारण यह है कि डायलेक्ट्रिक विलायक होता है, जिससे उर्जा को संचित करने की क्षमता बढ़ती है। इसलिए, एक कैपैसिटर के क्षमता में वृद्धि होती है जब एक डायलेक्ट्रिक उसके बीच में डाला जाता है। स्थिर विद्युत विभव
संधारित्रों का संयोजन – Combination of Capacitors
कैपेसिटर का एक संयोजन एक सर्किट कॉन्फ़िगरेशन है जिसमें कई कैपेसिटर शामिल होते हैं जो विभिन्न तरीकों से एक साथ जुड़े होते हैं, जैसे कि श्रृंखला में, समानांतर में, या श्रृंखला और समानांतर के संयोजन में। संयोजन की कुल समाई की गणना कैपेसिटर के विन्यास के आधार पर विभिन्न सूत्रों का उपयोग करके की जा सकती है।
कैपेसिटर के संयोजन का उपयोग विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में किया जा सकता है, जैसे बिजली की आपूर्ति, फिल्टर और ऑसिलेटर्स, विद्युत ऊर्जा को स्टोर और रिलीज़ करने के लिए। इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के डिजाइन और विश्लेषण में कैपेसिटर के संयोजन की कुल समाई की गणना कैसे करें, यह समझना आवश्यक है। स्थिर विद्युत विभव
संधारित्र में संचित ऊर्जा – Energy Stored in Capacitor
एक संधारित्र एक इलेक्ट्रॉनिक घटक है जो एक विद्युत क्षेत्र में एक ढांकता हुआ सामग्री द्वारा अलग किए गए दो प्रवाहकीय प्लेटों के बीच विद्युत आवेश को संग्रहीत करता है। जब संधारित्र पर एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो विद्युत आवेश प्लेटों पर जमा हो जाता है, और संधारित्र विद्युत ऊर्जा को अपने विद्युत क्षेत्र में संग्रहीत करता है। संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
E = (1/2) * C * V^2
जहाँ E जूल में संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा है, C फैराड में संधारित्र की धारिता है, और V वोल्ट में संधारित्र पर वोल्टेज है।
यह सूत्र दर्शाता है कि एक संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा उस पर लगाए गए वोल्टेज के वर्ग और संधारित्र की धारिता के समानुपाती होती है। इसका मतलब है कि उच्च क्षमता या उच्च वोल्टेज वाले कैपेसिटर अधिक ऊर्जा स्टोर कर सकते हैं। कैपेसिटर में संग्रहित ऊर्जा को कैपेसिटर को डिस्चार्ज करके छोड़ा जा सकता है, जिससे संग्रहित चार्ज वापस सर्किट में प्रवाहित हो जाता है। कैपेसिटर का उपयोग विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे ऊर्जा भंडारण, फ़िल्टरिंग और समय। स्थिर विद्युत विभव
वान डे ग्राफ जनित्र – Van De Graff Generator
वान डी ग्राफ जनरेटर एक इलेक्ट्रोस्टैटिक जनरेटर है जो एक खोखले धातु के गोले पर बहुत उच्च वोल्टेज जमा करने के लिए एक चलती बेल्ट का उपयोग करता है। जनरेटर का आविष्कार 1930 के दशक में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट जे. वान डी ग्रेफ द्वारा किया गया था और उच्च वोल्टेज बिजली के प्रभावों को प्रदर्शित करने के लिए अनुसंधान प्रयोगशालाओं, संग्रहालयों और विज्ञान केंद्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
वैन डी ग्राफ जनरेटर के मूल डिजाइन में एक मोटर चालित बेल्ट होता है जो दो पुलियों पर चलता है, जिनमें से एक धातु के गोले से जुड़ा होता है। बेल्ट इन्सुलेट सामग्री जैसे रबर या रेशम से बना है और इसे पास के इलेक्ट्रोड या कोरोना डिस्चार्ज द्वारा चार्ज किया जाता है। जैसे ही बेल्ट ऊपर की ओर बढ़ता है, यह इलेक्ट्रोड से चार्ज उठाता है और इसे गोले पर जमा करता है, जिससे गोले में एक उच्च वोल्टेज जमा हो जाता है।
वैन डी ग्रैफ जनरेटर द्वारा उत्पन्न वोल्टेज कई मिलियन वोल्ट तक पहुंच सकता है, और इसका उपयोग विभिन्न प्रकार के प्रयोगों और प्रदर्शनों में विद्युत निर्वहन बनाने, एक्स-रे उत्पन्न करने और आवेशित कणों को तेज करने के लिए किया जाता है। यह चिकित्सा अनुसंधान और परमाणु भौतिकी जैसे कण त्वरक में भी प्रयोग किया जाता है।
जब तक उचित सावधानी बरती जाती है, जैसे इन्सुलेटिंग दस्ताने पहनना और जनरेटर को धातु की वस्तुओं और प्रवाहकीय सतहों से दूर रखना, वैन डी ग्रैफ जनरेटर का उपयोग करना सुरक्षित है। स्थिर विद्युत विभव
