एकान्त चालक की विद्युत धारिता क्या कहलाती है। एक एकान्त चालक की विद्युत धारिता

एकान्त चालक कहलाता है, जिसके पास कोई अन्य आवेशित निकाय, डाइलेक्ट्रिक्स नहीं हैं, जो इस कंडक्टर के आवेशों के वितरण को प्रभावित कर सकते हैं।

किसी विशेष चालक के लिए आवेश के परिमाण और विभव का अनुपात एक स्थिर मान होता है, जिसे कहा जाता है विद्युत क्षमता (क्षमता) साथ में , .

इस प्रकार, एक एकान्त चालक की विद्युत धारिता संख्यात्मक रूप से उस आवेश के बराबर होती है जो चालक को उसकी क्षमता को एक से बदलने के लिए लगाया जाना चाहिए। अनुभव से पता चला है कि एक एकल कंडक्टर की विद्युत समाई उसके ज्यामितीय आयामों, आकार, पर्यावरण के ढांकता हुआ गुणों पर निर्भर करती है और कंडक्टर के आवेश के परिमाण पर निर्भर नहीं करती है।

एक समरूप माध्यम में स्थित त्रिज्या R की एक एकान्त गेंद पर विचार करें जिसमें पारगम्यता e है। पहले, यह प्राप्त किया गया था कि गेंद की क्षमता बराबर है . तब गेंद की क्षमता , अर्थात। केवल इसकी त्रिज्या पर निर्भर करता है।

समाई की इकाई 1 फैराड (एफ) है। 1F ऐसे एकान्त चालक की धारिता है, जिसकी क्षमता 1C चार्ज लगाने पर 1V से बदल जाएगी। फैराड एक बहुत बड़ा मूल्य है, इसलिए, व्यवहार में, सबमल्टीपल इकाइयों का उपयोग किया जाता है: मिलिफ़ारड (mF, 1mF = 10 -3 F), माइक्रोफ़ारड (μF, 1μF = 10 -6 F), नैनोफ़ारड (nF, 1nF = 10 -9) एफ), पिकोफैराड (पीएफ, 1पीएफ = 10 -12 एफ)।

एकान्त कंडक्टर, यहां तक ​​​​कि बहुत बड़े आकार में, छोटे कैपेसिटेंस होते हैं। पृथ्वी की त्रिज्या से 1500 गुना अधिक त्रिज्या वाली एक अकेली गेंद की क्षमता 1F होगी। पृथ्वी की विद्युत धारिता 0.7 mF है।

एकांतएक कंडक्टर कहा जाता है, जिसके पास कोई अन्य चार्ज बॉडी, डाइलेक्ट्रिक्स नहीं है, जो इस कंडक्टर के प्रभारों के वितरण को प्रभावित कर सकता है।

किसी विशेष चालक के लिए आवेश के परिमाण और विभव का अनुपात एक स्थिर मान होता है, जिसे कहा जाता है विद्युत क्षमता (क्षमता) साथ में:

एक एकान्त चालक की धारिता संख्यात्मक रूप से उस आवेश के बराबर होती है जो चालक को उसकी क्षमता को एक से बदलने के लिए लगाया जाना चाहिए। 1 फैराड (एफ) - 1 एफ को समाई की इकाई के रूप में लिया जाता है।

गेंद की क्षमता = 4pεε 0 आर.

वे उपकरण जिनमें महत्वपूर्ण आवेश संचित करने की क्षमता होती है, कहलाते हैं संधारित्र।एक संधारित्र में दो कंडक्टर होते हैं जो एक ढांकता हुआ द्वारा अलग होते हैं। विद्युत क्षेत्र प्लेटों के बीच केंद्रित होता है, और ढांकता हुआ के बाध्य शुल्क इसे कमजोर करते हैं, अर्थात। क्षमता को कम करता है, जिससे संधारित्र प्लेटों पर आवेशों का अधिक संचय होता है। एक समतल संधारित्र की धारिता संख्यात्मक रूप से के बराबर होती है .

विद्युत क्षमता के मूल्यों को बदलने के लिए, कैपेसिटर बैटरी से जुड़े होते हैं। इस मामले में, उनके समानांतर और सीरियल कनेक्शन का उपयोग किया जाता है।

जब कैपेसिटर समानांतर में जुड़े होते हैंसभी कैपेसिटर की प्लेटों पर संभावित अंतर समान और बराबर है (φ ए - φ बी)। कैपेसिटर का कुल चार्ज है

पूरी बैटरी क्षमता (Fig.28) के बराबर है सभी संधारित्रों की धारिता का योग; कैपेसिटर समानांतर में जुड़े होते हैं जब कैपेसिटेंस बढ़ाने की आवश्यकता होती है और इसलिए, संचित चार्ज होता है।

जब संधारित्रों को श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता हैकुल चार्ज अलग-अलग कैपेसिटर के चार्ज के बराबर है , और कुल संभावित अंतर है (चित्र 29)

, , .

यहां से।

जब कैपेसिटर श्रृंखला में जुड़े होते हैं, तो परिणामी कैपेसिटेंस का पारस्परिक सभी कैपेसिटर्स के कैपेसिटेंस के पारस्परिक योग के बराबर होता है। परिणामी क्षमता हमेशा बैटरी में उपयोग की जाने वाली सबसे छोटी क्षमता से कम होती है।

एक आवेशित एकान्त चालक की ऊर्जा,
संधारित्र। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र ऊर्जा

एक आवेशित चालक की ऊर्जा संख्यात्मक रूप से उस कार्य के बराबर होती है जो बाहरी बलों को इसे चार्ज करने के लिए करना चाहिए:
वू= . चार्ज ट्रांसफर करते समय d क्यूअनंत से, चालक d पर कार्य किया जाता है इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ताकतों के खिलाफ (समान आवेशों के बीच कूलम्ब प्रतिकर्षण बलों को दूर करने के लिए): d = जेडी क्यू= सीजेडीजे

एक अकेले कंडक्टर पर विचार करें, यानी। ई. एक कंडक्टर जिसे अन्य कंडक्टरों, निकायों और शुल्कों से हटा दिया जाता है। इसके अनुसार, इसकी क्षमता कंडक्टर के चार्ज के सीधे आनुपातिक है। अनुभव से यह पता चलता है कि अलग-अलग कंडक्टर, समान रूप से चार्ज होने के कारण, अलग-अलग क्षमता को स्वीकार करते हैं। इसलिए, एक अकेले कंडक्टर के लिए, हम लिख सकते हैं

मूल्य

बुलाया विद्युत क्षमता(या केवल क्षमता)एकान्त कंडक्टर। एक एकान्त चालक की धारिता उस आवेश द्वारा निर्धारित की जाती है जिसका संदेश चालक को एक-एक करके अपनी क्षमता में परिवर्तन करता है।

कंडक्टर की क्षमता उसके आकार और आकार पर निर्भर करती है, लेकिन सामग्री, एकत्रीकरण की स्थिति, आकार और कंडक्टर के अंदर गुहाओं के आकार पर निर्भर नहीं करती है। यह इस तथ्य के कारण है कि कंडक्टर की बाहरी सतह पर अतिरिक्त शुल्क वितरित किए जाते हैं। कैपेसिटेंस भी कंडक्टर के चार्ज पर निर्भर नहीं करता है, न ही इसकी क्षमता पर। पूर्वगामी सूत्र का खंडन नहीं करता है, क्योंकि यह केवल यह दर्शाता है कि एक एकान्त चालक की धारिता उसके आवेश के समानुपाती होती है और क्षमता के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

विद्युत क्षमता की इकाई - बिजली की एक विशेष नाप(एफ): ऐसे एकान्त कंडक्टर की 1 एफ-क्षमता, जिसकी क्षमता आईबी में बदल जाती है जब इसे 1 सी का आदेश दिया जाता है।

तदनुसार, त्रिज्या R की एक एकान्त गेंद का विभव, जो पारगम्यता वाले समांगी माध्यम में स्थित है, के बराबर है

सूत्रों का उपयोग करके, हम प्राप्त करते हैं कि गेंद की क्षमता

यह इस प्रकार है कि निर्वात में एक एकान्त गेंद और त्रिज्या R=C/(4π) 9-10 6 किमी, जो पृथ्वी की त्रिज्या से लगभग 1400 गुना अधिक है, की क्षमता 1 F (पृथ्वी की विद्युत समाई है) सी 0.7 एमएफ)। नतीजतन, फैराड एक बहुत बड़ा मूल्य है, इसलिए, व्यवहार में, सबमल्टीपल इकाइयों का उपयोग किया जाता है - मिलिफ़ारड (mF), माइक्रोफ़ारड (μF), नैनोफ़ारड (nF), पिकोफ़ारड (pF)। यह इस सूत्र से भी निकलता है कि विद्युत स्थिरांक की इकाई फैराड प्रति मीटर (F/m) है

संधारित्र

एक कंडक्टर के लिए एक बड़ी क्षमता होने के लिए, यह बहुत बड़ा होना चाहिए। व्यवहार में, हालांकि, उपकरणों की आवश्यकता होती है, जो छोटे आकार और आसपास के निकायों के सापेक्ष छोटी क्षमता के साथ, महत्वपूर्ण शुल्क जमा कर सकते हैं, दूसरे शब्दों में, एक बड़ी क्षमता होती है। इन उपकरणों को कहा जाता है संधारित्र।



एक संधारित्र में दो कंडक्टर (प्लेट) होते हैं जो एक ढांकता हुआ द्वारा अलग होते हैं। संधारित्र की धारिता आसपास के निकायों से प्रभावित नहीं होनी चाहिए, इसलिए कंडक्टरों को आकार दिया जाता है ताकि संचित आवेशों द्वारा निर्मित क्षेत्र संधारित्र प्लेटों के बीच एक संकीर्ण अंतराल में केंद्रित हो। यह शर्त संतुष्ट है: 1) दो फ्लैट प्लेट; 2) दो समाक्षीय सिलेंडर; 3) दो संकेंद्रित गोले। इसलिए, प्लेटों के आकार के आधार पर, कैपेसिटर को फ्लैट, बेलनाकार और गोलाकार में विभाजित किया जाता है।

नीचे संधारित्र क्षमतासंधारित्र में संचित आवेश Q के अनुपात के बराबर एक भौतिक मात्रा के रूप में समझा जाता है संभावित अंतर ( - ) इसके कवर के बीच:

24. कैपेसिटर का कनेक्शन।

समानांतर में कनेक्ट होने परकैपेसिटर, बैटरी चार्ज q=q1+q2 है, एयू समान है और संभावित अंतर के बराबर है। बैटरी (सी) की विद्युत क्षमता सी = सी 1 + सी 2 के बराबर है, एनकैपेसिटर सी = सभी विद्युत क्षमताओं का योग है।

श्रृंखला में कनेक्ट होने परविद्युत कैपेसिटेंस C1 और C2 के साथ कैपेसिटर, बैटरी का कुल चार्ज प्रत्येक कैपेसिटर के चार्ज के बराबर होता है (q=q1=q2)। कुल यू व्यक्तिगत कैपेसिटर पर वोल्टेज के योग के बराबर है: यू = यू 1 + यू 2। दो श्रृंखला संधारित्रों की बैटरी की विद्युत क्षमता: 1\C=1\C1+1\C2 या C=C1C2/(C1+C2)। एनकैपेसिटर को कनेक्ट करते समय C=

25. आवेशों की प्रणाली की ऊर्जा। एकान्त आवेशित चालक की ऊर्जा।

इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन बल रूढ़िवादी हैं; इसका अर्थ है कि आवेशों के निकाय में स्थितिज ऊर्जा होती है।

W1=Q1*ϕ12; W2=Q2*ϕ21

जहाँ 12 और 21 क्रमशः आवेश Q 2 द्वारा आवेश Q 1 के स्थान पर और आवेश Q 1 द्वारा आवेश Q 2 के स्थान पर निर्मित होने वाली क्षमताएँ हैं। इसके अनुसार,
और
तो डब्ल्यू 1 = डब्ल्यू 2 = डब्ल्यू और

श्रृंखला में दो शुल्कों की हमारी प्रणाली में क्यू 3, क्यू 4, ... को जोड़कर, हम यह साबित कर सकते हैं कि एन फिक्स्ड चार्ज के मामले में, पॉइंट चार्ज की प्रणाली की अंतःक्रियात्मक ऊर्जा बराबर है

(1)
जहां i वह क्षमता है जो उस बिंदु पर निर्मित होती है जहां चार्ज Q i स्थित है, i-th को छोड़कर सभी शुल्कों द्वारा।

एकान्त आवेशित चालक की ऊर्जा:

एक अकेले कंडक्टर पर विचार करें, जिसका चार्ज, क्षमता और क्षमता क्रमशः क्यू, φ और सी के बराबर है। आइए हम इस कंडक्टर के चार्ज को डीक्यू से बढ़ाएं। ऐसा करने के लिए, इस पर काम करते हुए चार्ज dQ को अनंत से एक एकान्त कंडक्टर में स्थानांतरित करना आवश्यक है, जो कि के बराबर है
- एक आवेशित कंडक्टर के विद्युत क्षेत्र की ताकतों का प्राथमिक कार्य "\u003e
किसी वस्तु को शून्य विभव से तक आवेशित करने के लिए कार्य करना होगा

(2)
एक आवेशित चालक की ऊर्जा उस कार्य के बराबर होती है जो इस चालक को आवेशित करने के लिए आवश्यक है:
(3)
सूत्र (3) भी प्राप्त किया जा सकता है और इसके सभी बिंदुओं पर कंडक्टर की क्षमता समान है, क्योंकि कंडक्टर की सतह समविभव है। यदि चालक का विभव है, तो हम पाते हैं

जहाँ Q=∑Q i चालक का आवेश है।

26. एक आवेशित संधारित्र की ऊर्जा। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की ऊर्जा।

संधारित्र में आवेशित चालक होते हैं, इसलिए इसमें एक ऊर्जा होती है, जो सूत्र से बराबर होती है

जहाँ Q संधारित्र का आवेश है, C इसकी धारिता है, संधारित्र प्लेटों के बीच संभावित अंतर है।

« भौतिकी - ग्रेड 10 "

कंडक्टरों पर किस स्थिति में एक बड़ा विद्युत आवेश जमा हो सकता है?

निकायों के विद्युतीकरण की किसी भी विधि के साथ - घर्षण की मदद से, एक इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीन, एक गैल्वेनिक सेल, आदि - शुरू में तटस्थ निकायों को इस तथ्य के कारण चार्ज किया जाता है कि कुछ आवेशित कण एक शरीर से दूसरे शरीर में जाते हैं।
आमतौर पर ये कण इलेक्ट्रॉन होते हैं।

दो कंडक्टरों का विद्युतीकरण करते समय, उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रोस्टैटिक मशीन से, उनमें से एक +q का चार्ज प्राप्त करता है, और दूसरा -q।
कंडक्टरों के बीच एक विद्युत क्षेत्र दिखाई देता है और एक संभावित अंतर (वोल्टेज) उत्पन्न होता है।
कंडक्टरों के चार्ज में वृद्धि के साथ, उनके बीच विद्युत क्षेत्र बढ़ता है।

एक मजबूत विद्युत क्षेत्र में (उच्च वोल्टेज पर और, तदनुसार, उच्च तीव्रता पर), एक ढांकता हुआ (उदाहरण के लिए, वायु) प्रवाहकीय हो जाता है।
कहा गया टूट - फूटढांकता हुआ: कंडक्टरों के बीच एक चिंगारी कूदती है, और उन्हें छुट्टी दे दी जाती है।
कंडक्टरों के बीच जितना कम वोल्टेज उनके चार्ज में वृद्धि के साथ बढ़ता है, उतना ही अधिक चार्ज उन पर जमा हो सकता है।


विद्युत क्षमता।


हम एक भौतिक मात्रा का परिचय देते हैं जो एक विद्युत आवेश को संचित करने के लिए दो कंडक्टरों की क्षमता की विशेषता है।
इस मान को कहा जाता है विद्युत क्षमता.

दो कंडक्टरों के बीच वोल्टेज यू उन विद्युत आवेशों के समानुपाती होता है जो कंडक्टरों पर होते हैं (एक पर +|q|, और दूसरे पर -|q|)।
वास्तव में, यदि आवेशों को दोगुना कर दिया जाता है, तो विद्युत क्षेत्र की शक्ति 2 गुना अधिक हो जाएगी, इसलिए आवेश को स्थानांतरित करते समय क्षेत्र द्वारा किया गया कार्य भी 2 गुना बढ़ जाएगा, अर्थात वोल्टेज 2 गुना बढ़ जाएगा।

इसलिए, इस कंडक्टर और पड़ोसी के बीच संभावित अंतर के लिए कंडक्टर में से एक के चार्ज क्यू का अनुपात (दूसरे पर एक ही मॉड्यूलस का चार्ज होता है) चार्ज पर निर्भर नहीं करता है।

यह कंडक्टरों के ज्यामितीय आयामों, उनके आकार और आपसी व्यवस्था के साथ-साथ पर्यावरण के विद्युत गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

यह हमें दो कंडक्टरों के विद्युत समाई की अवधारणा को पेश करने की अनुमति देता है।

दो कंडक्टरों की विद्युत क्षमता उनके बीच संभावित अंतर में से एक कंडक्टर के चार्ज का अनुपात है:

एक एकान्त चालक की विद्युत धारिता चालक के आवेश और उसकी विभव के अनुपात के बराबर होती है, यदि अन्य सभी चालक अनंत पर हों और अनंत दूर के बिंदु का विभव शून्य हो।

कंडक्टरों के बीच वोल्टेज यू कम होता है जब वे चार्ज करते हैं +|q| और -|q|, कंडक्टरों की विद्युत क्षमता जितनी अधिक होगी।

ढांकता हुआ टूटने के बिना कंडक्टरों पर बड़े शुल्क जमा किए जा सकते हैं।
लेकिन विद्युत क्षमता स्वयं कंडक्टरों को संप्रेषित आवेशों पर या उनके बीच उत्पन्न होने वाले वोल्टेज पर निर्भर नहीं करती है।


विद्युत क्षमता की इकाइयां।


फॉर्मूला (14.22) आपको विद्युत क्षमता की एक इकाई में प्रवेश करने की अनुमति देता है।

दो कंडक्टरों की विद्युत समाई संख्यात्मक रूप से एकता के बराबर होती है, यदि उन्हें चार्ज देते समय+1 सी और-1 सी उनके बीच एक संभावित अंतर है 1 वी.

इस इकाई को कहा जाता है बिजली की एक विशेष नाप(एफ); 1 एफ \u003d 1 सी / वी।

इस तथ्य के कारण कि 1 C का आवेश बहुत बड़ा है, 1 F की धारिता बहुत बड़ी है।
इसलिए, व्यवहार में, इस इकाई के अंशों का अक्सर उपयोग किया जाता है: माइक्रोफ़ारड (μF) - 10 -6 F और पिकोफ़ारड (pF) - 10 -12 F।

कंडक्टरों की एक महत्वपूर्ण विशेषता विद्युत क्षमता है।
कंडक्टरों की विद्युत क्षमता जितनी अधिक होती है, उनके बीच संभावित अंतर उतना ही कम होता है जब उन्हें विपरीत संकेतों के आरोप दिए जाते हैं।


संधारित्र।


आप किसी भी रेडियो रिसीवर में बहुत बड़ी विद्युत क्षमता के कंडक्टरों की एक प्रणाली पा सकते हैं या इसे स्टोर में खरीद सकते हैं। इसे कैपेसिटर कहते हैं। अब आप सीखेंगे कि ऐसी प्रणालियों को कैसे व्यवस्थित किया जाता है और उनकी विद्युत क्षमता किस पर निर्भर करती है।

दो कंडक्टरों के सिस्टम, कहलाते हैं संधारित्र।एक संधारित्र में दो कंडक्टर होते हैं जो एक ढांकता हुआ परत से अलग होते हैं, जिसकी मोटाई कंडक्टर के आयामों की तुलना में छोटी होती है। इस मामले में कंडक्टरों को कहा जाता है फेसिंगसंधारित्र।

सबसे सरल फ्लैट कैपेसिटर में दो समान समानांतर प्लेट होते हैं जो एक दूसरे से थोड़ी दूरी पर स्थित होते हैं (चित्र 14.33)।
यदि प्लेटों के आवेश निरपेक्ष मान में समान हैं और साइन में विपरीत हैं, तो बल की विद्युत क्षेत्र रेखाएँ धनात्मक आवेशित संधारित्र प्लेट पर शुरू होती हैं और ऋणात्मक आवेशित एक पर समाप्त होती हैं (चित्र 14.28)। इसलिए, लगभग संपूर्ण विद्युत क्षेत्र संधारित्र के अंदर केंद्रित और समान रूप से.

संधारित्र को चार्ज करने के लिए, आपको इसकी प्लेटों को वोल्टेज स्रोत के ध्रुवों से जोड़ना होगा, उदाहरण के लिए, बैटरी के ध्रुवों के लिए। आप पहली प्लेट को बैटरी के पोल से भी जोड़ सकते हैं, जिसमें दूसरा पोल ग्राउंडेड है, और कैपेसिटर की दूसरी प्लेट को ग्राउंड कर सकते हैं। फिर ग्राउंडेड प्लेट पर साइन के विपरीत और अनग्राउंडेड प्लेट के चार्ज के निरपेक्ष मान के बराबर चार्ज होगा। उसी मापांक का चार्ज जमीन में जाएगा।

नीचे संधारित्र प्रभारकिसी एक प्लेट के आवेश के निरपेक्ष मान को समझ सकेंगे।

संधारित्र समाई सूत्र (14.22) द्वारा निर्धारित की जाती है।

आसपास के निकायों के विद्युत क्षेत्र लगभग संधारित्र के अंदर प्रवेश नहीं करते हैं और इसकी प्लेटों के बीच संभावित अंतर को प्रभावित नहीं करते हैं। इसलिए, संधारित्र की धारिता व्यावहारिक रूप से उसके पास किसी अन्य पिंड की उपस्थिति से स्वतंत्र होती है।

एक समतल संधारित्र की धारिता।


एक फ्लैट कैपेसिटर की ज्यामिति पूरी तरह से इसकी प्लेटों के क्षेत्र S और उनके बीच की दूरी d से निर्धारित होती है। एक समतल संधारित्र की धारिता इन मूल्यों पर निर्भर होनी चाहिए।

प्लेटों का क्षेत्रफल जितना बड़ा होगा, उन पर उतना ही अधिक आवेश जमा हो सकता है: क्यू ~ एस. दूसरी ओर, सूत्र (14.21) के अनुसार प्लेटों के बीच का तनाव उनके बीच की दूरी d के समानुपाती होता है। इसलिए, क्षमता

इसके अलावा, संधारित्र की धारिता प्लेटों के बीच परावैद्युत के गुणों पर निर्भर करती है। चूंकि ढांकता हुआ क्षेत्र कमजोर करता है, ढांकता हुआ की उपस्थिति में समाई बढ़ जाती है।

आइए हम तर्क से हमारे द्वारा प्राप्त निर्भरता का परीक्षण करें। ऐसा करने के लिए, एक संधारित्र लें, जिसमें प्लेटों के बीच की दूरी को बदला जा सकता है, और एक ग्राउंडेड केस वाला एक इलेक्ट्रोमीटर (चित्र। 14.34)। हम शरीर और इलेक्ट्रोमीटर की छड़ को संधारित्र प्लेटों के साथ कंडक्टरों से जोड़ते हैं और संधारित्र को चार्ज करते हैं। ऐसा करने के लिए, आपको विद्युतीकृत छड़ी के साथ रॉड से जुड़े संधारित्र की प्लेट को छूने की जरूरत है। इलेक्ट्रोमीटर प्लेटों के बीच संभावित अंतर दिखाएगा।

प्लेटों को अलग करने पर हम पाते हैं संभावित अंतर में वृद्धि. विद्युत क्षमता की परिभाषा के अनुसार (देखें सूत्र (14.22)) यह इसके घटने का संकेत देता है। निर्भरता के अनुसार (14.23), प्लेटों के बीच बढ़ती दूरी के साथ विद्युत क्षमता वास्तव में घटनी चाहिए।

संधारित्र प्लेटों के बीच एक परावैद्युत प्लेट, जैसे कार्बनिक कांच, डालने पर, हम पाते हैं संभावित अंतर में कमी. इसलिये, इस स्थिति में समतल संधारित्र की धारिता बढ़ जाती है. प्लेटों d के बीच की दूरी बहुत छोटी हो सकती है, और क्षेत्र S बड़ा हो सकता है। इसलिए, छोटे आकार के साथ, संधारित्र में बड़ी विद्युत क्षमता हो सकती है।

तुलना के लिए: 1 एफ की विद्युत क्षमता वाले फ्लैट कैपेसिटर की प्लेटों के बीच एक ढांकता हुआ की अनुपस्थिति में और प्लेटों के बीच की दूरी डी = 1 मिमी, इसका प्लेट क्षेत्र एस = 100 किमी 2 होना चाहिए।

इसके अलावा, संधारित्र की धारिता प्लेटों के बीच परावैद्युत के गुणों पर निर्भर करती है। चूंकि ढांकता हुआ क्षेत्र को कमजोर करता है, ढांकता हुआ की उपस्थिति में समाई बढ़ जाती है: जहां ढांकता हुआ की पारगम्यता है।


कैपेसिटर की श्रृंखला और समानांतर कनेक्शन।व्यवहार में, कैपेसिटर अक्सर विभिन्न तरीकों से जुड़े होते हैं। चित्र 14.40 दिखाता है सीरियल कनेक्शनतीन कैपेसिटर।

यदि बिंदु 1 और 2 एक वोल्टेज स्रोत से जुड़े हैं, तो चार्ज +qy कैपेसिटर C1 की बाईं प्लेट में जाएगा, और चार्ज -q कैपेसिटर C3 की दाईं प्लेट में जाएगा। इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन के कारण, कैपेसिटर C1 की दाहिनी प्लेट पर -q का चार्ज होगा, और चूंकि कैपेसिटर C1 और C2 की प्लेट्स जुड़ी हुई हैं और वोल्टेज कनेक्ट होने से पहले विद्युत रूप से तटस्थ थीं, फिर, चार्ज के संरक्षण के नियम के अनुसार , कैपेसिटर C2, आदि की बाईं प्लेट पर + q का चार्ज दिखाई देगा। ऐसे कनेक्शन वाले कैपेसिटर की सभी प्लेटों पर निरपेक्ष मान में समान चार्ज होगा:

क्यू \u003d क्यू 1 \u003d क्यू 2 \u003d क्यू 3।

समतुल्य विद्युत क्षमता का निर्धारण करने का अर्थ है ऐसे संधारित्र की विद्युत क्षमता का निर्धारण करना, जो समान संभावित अंतर के साथ, कैपेसिटर की प्रणाली के समान चार्ज q जमा करेगा।

संभावित अंतर φ1 - φ2 प्रत्येक कैपेसिटर की प्लेटों के बीच संभावित अंतर का योग है:

1 - 2 \u003d (φ 1 - ए) + (φ ए - बी) + (φ बी - φ 2),
या यू \u003d यू 1 + यू 2 + यू 3।

सूत्र (14.23) का प्रयोग करते हुए, हम लिखते हैं:

चित्र 14 41 एक चित्र दिखाता है समानांतर में जुड़ा हुआ हैसंधारित्र। सभी कैपेसिटर की प्लेटों के बीच संभावित अंतर समान और बराबर है:

1 - 2 \u003d यू \u003d यू 1 \u003d यू 2 \u003d यू 3।

कैपेसिटर की प्लेटों पर चार्ज

क्यू 1 = सी 1 यू, क्यू 2 = सी 2 यू, क्यू 3 = सी 3 यू।

C eq की क्षमता वाले तुल्य संधारित्र पर, समान विभवान्तर पर प्लेटों पर आवेश

क्यू \u003d क्यू 1 + क्यू 2 + क्यू 3।

विद्युत क्षमता के लिए, सूत्र (14.23) के अनुसार, हम लिखते हैं: C eq U \u003d C 1 U + C 2 U + C 3 U, इसलिए, C eq \u003d C 1 + C 2 + C 3, और सामान्य तौर पर मामला


विभिन्न प्रकार के कैपेसिटर।


कैपेसिटर के उद्देश्य के आधार पर अलग-अलग डिवाइस होते हैं। एक पारंपरिक तकनीकी पेपर कैपेसिटर में एक दूसरे से और धातु के मामले से पैराफिन-गर्भवती पेपर स्ट्रिप्स द्वारा अछूता एल्यूमीनियम पन्नी के दो स्ट्रिप्स होते हैं। स्ट्रिप्स और रिबन को कसकर एक छोटे पैकेज में बांधा जाता है।

रेडियो इंजीनियरिंग में, परिवर्तनीय विद्युत क्षमता के कैपेसिटर व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं (चित्र 14.35)। इस तरह के संधारित्र में धातु की प्लेटों की दो प्रणालियाँ होती हैं, जो जब हैंडल को घुमाती हैं, तो एक में दूसरे में प्रवेश कर सकती हैं। इस मामले में, प्लेटों के अतिव्यापी भागों के क्षेत्र और, परिणामस्वरूप, उनकी विद्युत समाई बदल जाती है। इन कैपेसिटर में ढांकता हुआ हवा है।

प्लेटों के बीच की दूरी में कमी के कारण विद्युत क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि तथाकथित इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर (चित्र। 14.36) में प्राप्त की जाती है। उनमें ढांकता हुआ आक्साइड की एक बहुत पतली फिल्म है जो प्लेटों (पन्नी की पट्टी) में से एक को कवर करती है। एक और अस्तर एक विशेष पदार्थ (इलेक्ट्रोलाइट) के समाधान के साथ गर्भवती कागज है।

कैपेसिटर आपको इलेक्ट्रिकल चार्ज स्टोर करने की अनुमति देते हैं। एक समतल संधारित्र की धारिता प्लेटों के क्षेत्रफल के समानुपाती होती है और प्लेटों के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होती है। इसके अलावा, यह प्लेटों के बीच ढांकता हुआ के गुणों पर निर्भर करता है।

एकांतअन्य निकायों से इतनी दूर स्थित एक कंडक्टर कहा जाता है कि अन्य निकायों के आरोपों और क्षेत्रों के प्रभाव की उपेक्षा की जा सकती है। जब ऐसे कंडक्टर को एक निश्चित चार्ज लगाया जाता है, तो यह इसकी सतह पर किसी तरह से स्थित होगा ताकि संतुलन की स्थिति संतुष्ट हो। आसपास के स्थान में, कंडक्टर का चार्ज एक विद्युत क्षेत्र बनाएगा। यदि एक अपरिमित रूप से छोटा (चालक के आवेश को प्रभावित न करने वाला) आवेश को चालक की सतह से एक असीम रूप से छोटी दूरी पर ले जाया जाता है, तो क्षेत्र बल कुछ कार्य करेंगे। अनुपात कंडक्टर की क्षमता देता है, जिसे उसने चार्ज देने के परिणामस्वरूप हासिल किया था।

यदि कंडक्टर को अतिरिक्त रूप से चार्ज के एक और हिस्से के चार्ज के बारे में सूचित किया जाता है, तो इसे पहले हिस्से की तरह ही सतह पर वितरित किया जाएगा। तदनुसार, अंतरिक्ष में सभी बिंदुओं पर, विद्युत क्षेत्र की ताकत दोगुनी हो जाएगी। काम में भी वृद्धि होगी, और इसलिए कंडक्टर की क्षमता। इस प्रकार, यह पता चला है कि कंडक्टर को लगाया गया चार्ज और उसके द्वारा अर्जित क्षमता आनुपातिक . इसलिए, हम अनुपात लिख सकते हैं:

(16.2)
.

आनुपातिकता कारक साथ मेंसंबंध में (16.3) एक विद्युत आवेश को संचित करने के लिए कंडक्टर की क्षमता की विशेषता है और इसे एक एकल कंडक्टर की विद्युत क्षमता कहा जाता है। यह एक्सप्लोरर विकल्प फैराड में मापा जाता है . 1 फैराड की विद्युत धारिता एक चालक के पास होती है, जो जब 1 कूलम्ब का आवेश लगाया जाता है, तो 1 वोल्ट का विभव प्राप्त कर लेता है।.

हम एक ढांकता हुआ स्थिरांक वाले माध्यम में स्थित एक एकान्त गोलाकार चालक की धारिता की गणना करते हैं। अपनी सीमा के बाहर एक आवेशित गोले की क्षेत्र शक्ति का वर्णन गोले के केंद्र में स्थित एक बिंदु आवेश की क्षेत्र शक्ति के व्यंजक के समान व्यंजक द्वारा किया जाता है। इसलिए, त्रिज्या के एक गोले की सतह से एक छोटे से बिंदु आवेश को स्थानांतरित करने के कार्य के लिए अभिव्यक्ति, जिसमें एक चार्ज है, अनंत तक है:

इसलिए एकान्त गोले की धारिता अभिव्यक्ति द्वारा परिभाषित किया गया है:

(16.5)
.

(16.6) पृथ्वी की त्रिज्या में प्रतिस्थापित करने पर, हमें पृथ्वी की विद्युत क्षमता प्राप्त होती है, जो लगभग 700 μF है।

संधारित्र

एकान्त कंडक्टरों की धारिता बहुत कम होती है। हालाँकि, प्रौद्योगिकी में, ऐसे उपकरणों का उपयोग किया जाता है जिनकी विद्युत क्षमता कई फैराड तक होती है। ऐसे उपकरण हैं संधारित्र . कैपेसिटर के उपकरण का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि जब दूसरे (यहां तक ​​​​कि अपरिवर्तित) कंडक्टर के एकान्त चार्ज कंडक्टर के पास पहुंचते हैं, तो सिस्टम की विद्युत क्षमता काफी बढ़ जाती है। एक अकेले कंडक्टर के क्षेत्र में, आने वाले शरीर पर प्रेरित चार्ज उत्पन्न होते हैं, और संचारित एकान्त कंडक्टर के विपरीत संकेत के आरोप इसके करीब स्थित होते हैं और इसके क्षेत्र को अधिक दृढ़ता से प्रभावित करते हैं। कंडक्टर मॉड्यूलो की क्षमता कम हो जाती है, और चार्ज संरक्षित होता है। इसका मतलब है कि इसकी विद्युत क्षमता बढ़ जाती है.

आने वाले कंडक्टर के दूरस्थ भागों को पृथ्वी (ग्राउंडेड) से जोड़ा जा सकता है, ताकि उसी संकेत का प्रेरित चार्ज जो एकान्त कंडक्टर को लगाया गया है, पृथ्वी की सतह पर वितरित किया जाता है और सिस्टम की क्षमता को प्रभावित नहीं करता है। . जाहिर है, विपरीत रूप से चार्ज किए गए कंडक्टरों को जितना संभव हो सके पास लाकर, विद्युत क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि हासिल की जा सकती है। तदनुसार, कैपेसिटर बनाए जाते हैं समतल जब विपरीत आवेशित चालक ( संधारित्र प्लेट ) के रूप में, उदाहरण के लिए, एक पतली ढांकता हुआ परत द्वारा अलग किए गए पन्नी स्ट्रिप्स। इस मामले में, सिस्टम का विद्युत क्षेत्र प्लेटों के बीच की जगह में केंद्रित होता है, और बाहरी निकाय संधारित्र की समाई को प्रभावित नहीं करते हैं। आप प्लेटों की संकेंद्रित बेलन या गोले के रूप में भी कल्पना कर सकते हैं।

संधारित्र समाई, परिभाषा के अनुसार, प्रत्येक प्लेट के आवेश और उनके बीच संभावित अंतर के अनुपात का मान है:

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संधारित्र की प्लेटों के बीच सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक।