कैपेसिटर को चार्ज और डिस्चार्ज करना

संधारित्र प्रभार

कैपेसिटर को चार्ज करने के लिए, आपको इसे डीसी सर्किट से कनेक्ट करना होगा। अंजीर में। 1 कैपेसिटर चार्जिंग सर्किट दिखाता है। कैपेसिटर सी जनरेटर के टर्मिनलों से जुड़ा है। कुंजी का उपयोग सर्किट को बंद या खोलने के लिए किया जा सकता है। आइए कैपेसिटर चार्ज करने की प्रक्रिया पर एक विस्तृत नज़र डालें।

जनरेटर में आंतरिक प्रतिरोध होता है। जब स्विच बंद हो जाता है, तो संधारित्र ई के बराबर प्लेटों के बीच एक वोल्टेज को चार्ज करेगा। वगैरह। वी। जनरेटर: यूसी = ई। इस मामले में, जनरेटर के सकारात्मक टर्मिनल से जुड़ी प्लेट एक सकारात्मक चार्ज (+ क्यू) प्राप्त करती है, और दूसरी प्लेट एक समान नकारात्मक चार्ज (-क्यू) प्राप्त करती है। आवेश q का आकार संधारित्र C की क्षमता और इसकी प्लेटों पर वोल्टेज के सीधे आनुपातिक है: q = CUc

पी.ई। 1… कैपेसिटर चार्जिंग सर्किट

संधारित्र प्लेटों को चार्ज करने के लिए, उनमें से एक के लिए इलेक्ट्रॉनों की एक निश्चित मात्रा को प्राप्त करना और दूसरे को खोना आवश्यक है।जनरेटर के इलेक्ट्रोमोटिव बल द्वारा बाहरी सर्किट के साथ एक प्लेट से दूसरी प्लेट में इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण किया जाता है, और सर्किट के साथ चार्ज करने की प्रक्रिया एक विद्युत प्रवाह से ज्यादा कुछ नहीं है, जिसे चार्जिंग कैपेसिटिव करंट ए चार्ज कहा जाता है

मूल्य में चार्जिंग करंट आमतौर पर एक सेकंड के हजारवें हिस्से में तब तक प्रवाहित होता है जब तक कि कैपेसिटर में वोल्टेज ई के बराबर मान तक नहीं पहुंच जाता। वगैरह। वी। जनरेटर। चार्जिंग के दौरान कैपेसिटर की प्लेटों पर वोल्टेज बढ़ने का ग्राफ अंजीर में दिखाया गया है। 2, ए, जिससे यह देखा जा सकता है कि वोल्टेज यूसी सुचारू रूप से बढ़ता है, पहले तेजी से, और फिर अधिक से अधिक धीरे-धीरे, जब तक कि यह ई के बराबर न हो जाए। वगैरह। वी। जनरेटर ई। उसके बाद, संधारित्र में वोल्टेज अपरिवर्तित रहता है।

चावल। 2. कैपेसिटर चार्ज करते समय वोल्टेज और करंट का ग्राफ

जैसे ही संधारित्र आवेशित होता है, एक आवेशित धारा परिपथ में प्रवाहित होती है। चार्ज करंट ग्राफ को अंजीर में दिखाया गया है। 2, बी। प्रारंभिक क्षण में, चार्जिंग करंट का सबसे बड़ा मूल्य होता है, क्योंकि संधारित्र में वोल्टेज अभी भी शून्य है, और ओम के नियम के अनुसार iotax = E /Ri, चूंकि सभी ई।, आदि। c जनरेटर को प्रतिरोध Ri पर लगाया जाता है।

जैसे ही कैपेसिटर चार्ज होता है, यानी इसके पार वोल्टेज बढ़ जाता है, चार्जिंग करंट के लिए यह घट जाता है। जब संधारित्र में पहले से ही एक वोल्टेज होता है, तो प्रतिरोध के पार वोल्टेज ड्रॉप ई के बीच के अंतर के बराबर होगा। वगैरह। वी। जनरेटर और कैपेसिटर वोल्टेज, यानी ई - यू एस के बराबर। इसलिए itax = (E-Us)/Ri

यहाँ से यह देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे Uc बढ़ता है, icharge और Uc = E पर चार्जिंग करंट शून्य हो जाता है।

ओम के नियम के बारे में यहाँ और पढ़ें: एक सर्किट के एक खंड के लिए ओम का नियम

संधारित्र चार्जिंग प्रक्रिया की अवधि दो मात्राओं पर निर्भर करती है:

1) जनरेटर री के आंतरिक प्रतिरोध से,

2) कैपेसिटर C की धारिता से।

अंजीर में। 2 10 माइक्रोफ़ारड की क्षमता वाले संधारित्र के लिए सुरुचिपूर्ण धाराओं के ग्राफ़ दिखाता है: वक्र 1 ई के साथ जनरेटर से चार्जिंग प्रक्रिया से मेल खाता है। वगैरह। E = 100 V के साथ और एक आंतरिक प्रतिरोध Ri = 10 ओम के साथ, वक्र 2 उसी e वाले जनरेटर से चार्जिंग प्रक्रिया से मेल खाता है। जनसंपर्क के साथ, लेकिन कम आंतरिक प्रतिरोध के साथ: री = 5 ओम।

इन वक्रों की तुलना से, यह देखा जा सकता है कि जनरेटर के कम आंतरिक प्रतिरोध के साथ, प्रारंभिक क्षण में सुरुचिपूर्ण वर्तमान की ताकत अधिक होती है और इसलिए चार्जिंग प्रक्रिया तेज होती है।

चावल। 2. विभिन्न प्रतिरोधों पर चार्जिंग धाराओं का ग्राफ

अंजीर में। 3 एक ही जनरेटर से ई के साथ चार्ज करते समय चार्जिंग धाराओं के ग्राफ की तुलना करता है। वगैरह। E = 100 V और आंतरिक प्रतिरोध Ri = 10 ओम दो कैपेसिटर के साथ विभिन्न क्षमताओं के साथ: 10 माइक्रोफ़ारड (वक्र 1) और 20 माइक्रोफ़ारड (वक्र 2)।

प्रारंभिक चार्जिंग करंट iotax = E /Ri = 100/10 = 10 दोनों कैपेसिटर समान हैं, क्योंकि एक बड़ी क्षमता वाला कैपेसिटर अधिक बिजली स्टोर करता है, तो इसकी चार्जिंग करंट में अधिक समय लगना चाहिए, और चार्जिंग प्रक्रिया अधिक - लंबी होती है।

चावल। 3. विभिन्न क्षमताओं के साथ चार्जिंग धाराओं की तालिकाएँ

संधारित्र निर्वहन

जनरेटर से आवेशित संधारित्र को डिस्कनेक्ट करें और इसकी प्लेटों में प्रतिरोध संलग्न करें।

कैपेसिटर यू की प्लेटों पर एक वोल्टेज होता है, इसलिए, एक बंद सर्किट में, एक करंट जिसे डिस्चार्ज कैपेसिटिव करंट आयर्स कहा जाता है, प्रवाहित होगा।

संधारित्र की धनात्मक प्लेट से ऋणात्मक प्लेट के प्रतिरोध के माध्यम से धारा प्रवाहित होती है। यह नकारात्मक प्लेट से धनात्मक में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण से मेल खाता है, जहां वे अनुपस्थित हैं।पंक्ति फ्रेम की प्रक्रिया तब तक होती है जब तक कि दो प्लेटों की क्षमता बराबर नहीं होती है, अर्थात उनके बीच संभावित अंतर शून्य हो जाता है: Uc = 0।

अंजीर में। 4a मूल्य Uco = 100 V से शून्य तक निर्वहन के दौरान संधारित्र में वोल्टेज की कमी का ग्राफ दिखाता है, और वोल्टेज पहले तेजी से घटता है, और फिर अधिक धीरे-धीरे।

अंजीर में। 4, बी डिस्चार्ज करंट में बदलाव का ग्राफ दिखाता है। डिस्चार्ज करंट की ताकत प्रतिरोध R के मान पर निर्भर करती है और ओम के नियम के अनुसार = Uc/R

चावल। 4. कैपेसिटर डिस्चार्ज के दौरान वोल्टेज और करंट का ग्राफ

प्रारंभिक क्षण में, जब संधारित्र की प्लेटों पर वोल्टेज सबसे बड़ा होता है, डिस्चार्ज करंट भी सबसे बड़ा होता है, और डिस्चार्ज के दौरान Uc में कमी के साथ डिस्चार्ज करंट भी घट जाता है। Uc = 0 पर, डिस्चार्ज करंट रुक जाता है।

निपटान की अवधि इस पर निर्भर करती है:

1) कैपेसिटर C की धारिता से

2) प्रतिरोध आर के मूल्य पर जिस पर संधारित्र निर्वहन करता है।

प्रतिरोध R जितना अधिक होगा, डिस्चार्ज उतना ही धीमा होगा। यह इस तथ्य के कारण है कि एक बड़े प्रतिरोध के साथ, डिस्चार्ज करंट की ताकत छोटी होती है और कैपेसिटर की प्लेटों पर चार्ज की मात्रा धीरे-धीरे कम हो जाती है।

यह एक ही कैपेसिटर के डिस्चार्ज करंट के ग्राफ़ में दिखाया जा सकता है, जिसकी क्षमता 10 μF है और इसे 100 V के वोल्टेज पर चार्ज किया जाता है, प्रतिरोध के दो अलग-अलग मूल्यों पर (चित्र 5): वक्र 1 - R पर =40 ओम, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A और वक्र 2 - 20 ओम ioresr = 100/20 = 5 A पर।

चावल। 5. विभिन्न प्रतिरोधों पर निर्वहन धाराओं का रेखांकन

कैपेसिटर की कैपेसिटेंस बड़ी होने पर डिस्चार्ज भी धीमा होता है।ऐसा इसलिए है क्योंकि कैपेसिटर प्लेट्स पर अधिक कैपेसिटेंस के साथ, अधिक बिजली (अधिक चार्ज) होती है और चार्ज को खत्म होने में अधिक समय लगेगा। यह एक ही क्षमता के दो कैपेसिटर के लिए डिस्चार्ज करंट के ग्राफ द्वारा स्पष्ट रूप से दिखाया गया है, जिसे 100 वी के समान वोल्टेज के लिए चार्ज किया गया है और एक प्रतिरोध आर = 40 ओम (चित्र 6: कर्व 1 - क्षमता वाले कैपेसिटर के लिए डिस्चार्ज किया गया है। 10 माइक्रोफ़ारड और कर्व 2 - 20 माइक्रोफ़ारड की क्षमता वाले कैपेसिटर के लिए)।

चावल। 6. विभिन्न शक्तियों पर निर्वहन धाराओं का रेखांकन

विचार की गई प्रक्रियाओं से, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि संधारित्र के साथ एक सर्किट में, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के क्षणों में ही प्रवाह होता है, जब प्लेटों पर वोल्टेज बदलता है।

यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जब वोल्टेज बदलता है, तो प्लेटों पर आवेश की मात्रा बदल जाती है, और इसके लिए सर्किट के साथ आवेशों के संचलन की आवश्यकता होती है, अर्थात विद्युत प्रवाह को सर्किट से गुजरना चाहिए। एक आवेशित संधारित्र दिष्ट धारा प्रवाहित नहीं करता है क्योंकि इसकी प्लेटों के बीच परावैद्युत परिपथ को खोलता है।

संधारित्र ऊर्जा

चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, संधारित्र ऊर्जा को जनरेटर से प्राप्त करके संग्रहीत करता है। जब एक संधारित्र को डिस्चार्ज किया जाता है, तो विद्युत क्षेत्र की सारी ऊर्जा ऊष्मा ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, अर्थात यह प्रतिरोध को गर्म करने के लिए जाती है जिसके माध्यम से संधारित्र का निर्वहन होता है। संधारित्र की धारिता और उसकी प्लेटों पर वोल्टेज जितना अधिक होगा, संधारित्र के विद्युत क्षेत्र की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। क्षमता C के एक संधारित्र के पास वोल्टेज U के बराबर ऊर्जा की मात्रा होती है: W = Wc = CU2/2

एक उदाहरण। कैपेसिटर C = 10 μF को वोल्टेज Uc = 500 V पर चार्ज किया जाता है।उस ऊर्जा का निर्धारण करें जो ऊष्मा के बल में उस प्रतिरोध पर जारी की जाएगी जिसके माध्यम से संधारित्र का निर्वहन किया जाता है।

उत्तर। निर्वहन के दौरान, संधारित्र द्वारा संग्रहीत सभी ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाएगी। इसलिए W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J.