કેપેસિટર ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ

કેપેસિટર ચાર્જ

કેપેસિટરને ચાર્જ કરવા માટે, તમારે તેને ડીસી સર્કિટ સાથે કનેક્ટ કરવાની જરૂર છે. અંજીરમાં. 1 કેપેસિટર ચાર્જિંગ સર્કિટ બતાવે છે. કેપેસિટર સી જનરેટરના ટર્મિનલ્સ સાથે જોડાયેલ છે. સર્કિટ બંધ કરવા અથવા ખોલવા માટે કીનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ચાલો કેપેસિટર ચાર્જ કરવાની પ્રક્રિયા પર વિગતવાર નજર કરીએ.

જનરેટરમાં આંતરિક પ્રતિકાર છે. જ્યારે સ્વીચ બંધ હોય, ત્યારે કેપેસિટર e ની બરાબર પ્લેટો વચ્ચેના વોલ્ટેજ પર ચાર્જ કરશે. વગેરે v. જનરેટર: Uc = E. આ કિસ્સામાં, જનરેટરના સકારાત્મક ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ પ્લેટ હકારાત્મક ચાર્જ (+q) મેળવે છે, અને બીજી પ્લેટ સમાન નકારાત્મક ચાર્જ (-q) મેળવે છે. ચાર્જ q નું કદ કેપેસિટર C ની ક્ષમતા અને તેની પ્લેટો પરના વોલ્ટેજના સીધા પ્રમાણસર છે: q = CUc

પી. 1… કેપેસિટર ચાર્જિંગ સર્કિટ

કેપેસિટર પ્લેટોને ચાર્જ કરવા માટે, તેમાંથી એકને ઇલેક્ટ્રોનનો ચોક્કસ જથ્થો ગુમાવવો જરૂરી છે.એક પ્લેટમાંથી બીજી પ્લેટમાં ઇલેક્ટ્રોનનું ટ્રાન્સફર જનરેટરના ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ દ્વારા બાહ્ય સર્કિટ સાથે કરવામાં આવે છે, અને સર્કિટ સાથે ચાર્જ ખસેડવાની પ્રક્રિયા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ સિવાય બીજું કંઈ નથી, જેને ચાર્જિંગ કેપેસિટીવ કરંટ કહેવાય છે.

મૂલ્યમાં ચાર્જિંગ પ્રવાહ સામાન્ય રીતે સેકન્ડના હજારમા ભાગમાં વહે છે જ્યાં સુધી કેપેસિટરમાં વોલ્ટેજ e ની સમાન મૂલ્ય સુધી પહોંચે નહીં. વગેરે v. જનરેટર. તેના ચાર્જિંગ દરમિયાન કેપેસિટરની પ્લેટો પર વોલ્ટેજ વધવાનો ગ્રાફ ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યો છે. 2, a, જેમાંથી તે જોઈ શકાય છે કે વોલ્ટેજ Uc સરળ રીતે વધે છે, પ્રથમ ઝડપથી, અને પછી વધુ અને વધુ ધીમે ધીમે, જ્યાં સુધી તે e ની બરાબર ન થાય ત્યાં સુધી. વગેરે v. જનરેટર E. તે પછી, સમગ્ર કેપેસિટરમાં વોલ્ટેજ યથાવત રહે છે.

ચોખા. 2. કેપેસિટર ચાર્જ કરતી વખતે વોલ્ટેજ અને વર્તમાનનો ગ્રાફ

કેપેસિટર ચાર્જ થતાં, સર્કિટમાંથી ચાર્જિંગ પ્રવાહ વહે છે. ચાર્જ વર્તમાન ગ્રાફ ફિગ માં બતાવવામાં આવે છે. 2, બી. પ્રારંભિક ક્ષણે, ચાર્જિંગ વર્તમાનનું મૂલ્ય સૌથી મોટું છે, કારણ કે કેપેસિટરમાં વોલ્ટેજ હજુ પણ શૂન્ય છે, અને ઓહ્મના કાયદા અનુસાર iotax = E /Ri, કારણ કે તમામ e., વગેરે. c જનરેટર પ્રતિકાર Ri પર લાગુ થાય છે.

જેમ કેપેસિટર ચાર્જ થાય છે, એટલે કે, તેની સમગ્ર વોલ્ટેજ વધે છે, તે ચાર્જિંગ વર્તમાન માટે ઘટે છે. જ્યારે સમગ્ર કેપેસિટરમાં પહેલેથી જ વોલ્ટેજ હોય, ત્યારે સમગ્ર પ્રતિકારમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ e વચ્ચેના તફાવતની બરાબર હશે. વગેરે v. જનરેટર અને કેપેસિટર વોલ્ટેજ, એટલે કે E — U s. તેથી itax = (E-Us) / Ri

અહીંથી તે જોઈ શકાય છે કે જેમ જેમ Uc વધે છે, iચાર્જ થાય છે અને Uc = E પર ચાર્જિંગ કરંટ શૂન્ય થઈ જાય છે.

અહીં ઓહ્મના કાયદા વિશે વધુ વાંચો: સર્કિટના વિભાગ માટે ઓહ્મનો કાયદો

કેપેસિટર ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાનો સમયગાળો બે જથ્થા પર આધાર રાખે છે:

1) જનરેટર Ri ના આંતરિક પ્રતિકારમાંથી,

2) કેપેસિટર C ની કેપેસીટન્સમાંથી.

અંજીરમાં. 2 એ 10 માઇક્રોફારાડ્સની ક્ષમતાવાળા કેપેસિટર માટેના ભવ્ય પ્રવાહોના આલેખ બતાવે છે: વળાંક 1 e સાથે જનરેટરમાંથી ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાને અનુરૂપ છે. વગેરે E = 100 V સાથે અને આંતરિક પ્રતિકાર સાથે Ri= 10 Ohm, વળાંક 2 એ સમાન e સાથે જનરેટરમાંથી ચાર્જિંગ પ્રક્રિયાને અનુરૂપ છે. સાથે pr. સાથે, પરંતુ નીચા આંતરિક પ્રતિકાર સાથે: Ri = 5 ઓહ્મ.

આ વળાંકોની સરખામણી પરથી, તે જોઈ શકાય છે કે જનરેટરના નીચા આંતરિક પ્રતિકાર સાથે, પ્રારંભિક ક્ષણે ભવ્ય પ્રવાહની મજબૂતાઈ વધારે છે અને તેથી ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા ઝડપી છે.

ચોખા. 2. વિવિધ પ્રતિકાર પર ચાર્જિંગ કરંટનો આલેખ

અંજીરમાં. 3 એ જ જનરેટરમાંથી ચાર્જ કરતી વખતે ચાર્જિંગ કરંટના ગ્રાફની સરખામણી e સાથે કરે છે. વગેરે E = 100 V અને આંતરિક પ્રતિકાર સાથે Ri = 10 ઓહ્મ વિવિધ ક્ષમતાવાળા બે કેપેસિટર: 10 માઇક્રોફારાડ્સ (વળાંક 1) અને 20 માઇક્રોફારાડ્સ (વળાંક 2).

પ્રારંભિક ચાર્જિંગ વર્તમાન iotax = E /Ri = 100/10 = 10 બંને કેપેસિટર સમાન છે, કારણ કે મોટી ક્ષમતા ધરાવતું કેપેસિટર વધુ વીજળીનો સંગ્રહ કરે છે, તો તેનો ચાર્જિંગ વર્તમાન વધુ સમય લેવો જોઈએ, અને ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા વધુ - લાંબી છે.

ચોખા. 3. વિવિધ ક્ષમતાઓ સાથે ચાર્જિંગ કરંટના કોષ્ટકો

કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ

જનરેટરમાંથી ચાર્જ કરેલ કેપેસિટરને ડિસ્કનેક્ટ કરો અને તેની પ્લેટો સાથે પ્રતિકાર જોડો.

કેપેસિટર Us ની પ્લેટો પર એક વોલ્ટેજ છે, તેથી, બંધ સર્કિટમાં, ડિસ્ચાર્જ કેપેસિટીવ કરંટ આઇર તરીકે ઓળખાતો પ્રવાહ વહેશે.

નકારાત્મક પ્લેટના પ્રતિકાર દ્વારા કેપેસિટરની હકારાત્મક પ્લેટમાંથી વર્તમાન પ્રવાહ. આ નકારાત્મક પ્લેટમાંથી હકારાત્મકમાં વધારાના ઇલેક્ટ્રોનના સંક્રમણને અનુરૂપ છે, જ્યાં તે ગેરહાજર છે.પંક્તિની ફ્રેમની પ્રક્રિયા ત્યાં સુધી થાય છે જ્યાં સુધી બે પ્લેટની સંભવિતતાઓ સમાન ન થાય, એટલે કે તેમની વચ્ચેનો સંભવિત તફાવત શૂન્ય બની જાય: Uc = 0.

અંજીરમાં. 4a મૂલ્ય Uco = 100 V થી શૂન્ય સુધીના ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન કેપેસિટરમાં વોલ્ટેજના ઘટાડાનો ગ્રાફ બતાવે છે, અને વોલ્ટેજ પ્રથમ ઝડપથી ઘટે છે, અને પછી વધુ ધીમેથી.

અંજીરમાં. 4, b સ્રાવ પ્રવાહમાં થતા ફેરફારોનો ગ્રાફ બતાવે છે. ડિસ્ચાર્જ પ્રવાહની મજબૂતાઈ પ્રતિકાર R ના મૂલ્ય પર અને ઓહ્મના નિયમ મુજબ ires = Uc/R પર આધાર રાખે છે

ચોખા. 4. કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન વોલ્ટેજ અને પ્રવાહોના આલેખ

પ્રારંભિક ક્ષણે, જ્યારે કેપેસિટરની પ્લેટો પરનો વોલ્ટેજ સૌથી મોટો હોય છે, ત્યારે ડિસ્ચાર્જ વર્તમાન પણ સૌથી મોટો હોય છે, અને ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન યુસીમાં ઘટાડો સાથે, ડિસ્ચાર્જ વર્તમાન પણ ઘટે છે. Uc = 0 પર, સ્રાવ પ્રવાહ અટકે છે.

નિકાલની અવધિ આના પર નિર્ભર છે:

1) કેપેસિટર C ની કેપેસીટન્સમાંથી

2) પ્રતિકાર R ના મૂલ્ય પર કે જેમાં કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થાય છે.

પ્રતિકાર R જેટલો મોટો હશે, તેટલો ધીમો ડિસ્ચાર્જ થશે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે મોટા પ્રતિકાર સાથે, સ્રાવ પ્રવાહની શક્તિ ઓછી છે અને કેપેસિટરની પ્લેટો પર ચાર્જની માત્રા ધીમે ધીમે ઘટે છે.

આ સમાન કેપેસિટરના ડિસ્ચાર્જ પ્રવાહના ગ્રાફમાં બતાવી શકાય છે, જેની ક્ષમતા 10 μF છે અને 100 V ના વોલ્ટેજ પર ચાર્જ કરવામાં આવે છે, પ્રતિકારના બે અલગ અલગ મૂલ્યો પર (ફિગ. 5): વળાંક 1 — R પર =40 ઓહ્મ, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A અને વળાંક 2 — 20 Ohm ioresr = 100/20 = 5 A પર.

ચોખા. 5. વિભિન્ન પ્રતિકાર પર સ્રાવ પ્રવાહોના આલેખ

જ્યારે કેપેસિટરની કેપેસીટન્સ મોટી હોય ત્યારે ડિસ્ચાર્જ પણ ધીમો હોય છે.આનું કારણ એ છે કે કેપેસિટર પ્લેટો પર વધુ કેપેસીટન્સ સાથે, વધુ વીજળી (વધુ ચાર્જ) હોય છે અને ચાર્જને ડ્રેઇન કરવામાં લાંબો સમય લાગશે. 100 V ના સમાન વોલ્ટેજ પર ચાર્જ થયેલ અને પ્રતિકાર R= 40 ઓહ્મ (ફિગ. 6: વળાંક 1 — ક્ષમતાવાળા કેપેસિટર માટે વિસર્જિત થયેલ સમાન ક્ષમતાના બે કેપેસિટર માટે ડિસ્ચાર્જ કરંટના આલેખ દ્વારા આ સ્પષ્ટપણે દર્શાવવામાં આવ્યું છે. 10 માઇક્રોફારાડ્સ અને વળાંક 2 - 20 માઇક્રોફારાડ્સની ક્ષમતાવાળા કેપેસિટર માટે).

ચોખા. 6. વિવિધ શક્તિઓ પર ડિસ્ચાર્જ કરંટનો આલેખ

માનવામાં આવતી પ્રક્રિયાઓમાંથી, તે નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે કેપેસિટર સાથેના સર્કિટમાં, જ્યારે પ્લેટો પર વોલ્ટેજ બદલાય છે ત્યારે જ ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગની ક્ષણો પર પ્રવાહ વહે છે.

આ એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવ્યું છે કે જ્યારે વોલ્ટેજ બદલાય છે, ત્યારે પ્લેટો પરના ચાર્જની માત્રા બદલાય છે, અને આને સર્કિટ સાથે ચાર્જની હિલચાલની જરૂર છે, એટલે કે, સર્કિટમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર થવો જોઈએ. ચાર્જ થયેલ કેપેસિટર સીધો પ્રવાહ પસાર કરતું નથી કારણ કે તેની પ્લેટો વચ્ચેનું ડાઇલેક્ટ્રિક સર્કિટ ખોલે છે.

કેપેસિટર ઊર્જા

ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, કેપેસિટર જનરેટરમાંથી ઊર્જા મેળવીને તેનો સંગ્રહ કરે છે. જ્યારે કેપેસિટરને ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તમામ ઊર્જા ઉષ્મા ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, એટલે કે, તે પ્રતિકારને ગરમ કરવા જાય છે જેના દ્વારા કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થાય છે. કેપેસિટરની કેપેસિટેન્સ અને તેની પ્લેટોમાં વોલ્ટેજ જેટલું વધારે છે, કેપેસિટરના ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની ઊર્જા વધારે છે. વોલ્ટેજ U પર ચાર્જ કરેલ ક્ષમતા C ના કેપેસિટર દ્વારા કબજામાં રહેલી ઉર્જાનો જથ્થો સમાન છે: W = Wc = CU2/2

એક ઉદાહરણ. કેપેસિટર C = 10 μF વોલ્ટેજ Uc = 500 V પર ચાર્જ કરવામાં આવે છે.ઉર્જા નક્કી કરો કે જે પ્રતિકાર પર ગરમીના બળમાં છોડવામાં આવશે જેના દ્વારા કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થાય છે.

જવાબ આપો. ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન, કેપેસિટર દ્વારા સંગ્રહિત તમામ ઊર્જા ગરમીમાં રૂપાંતરિત થશે. તેથી W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J.