એસી કેપેસિટર

સાથે સર્કિટ એસેમ્બલ કરીએ કેપેસિટર, જ્યાં અલ્ટરનેટર સિનુસોઇડલ વોલ્ટેજ જનરેટ કરે છે. ચાલો ક્રમિક રીતે વિશ્લેષણ કરીએ કે જ્યારે આપણે સ્વીચ બંધ કરીએ ત્યારે સર્કિટમાં શું થશે. અમે પ્રારંભિક ક્ષણને ધ્યાનમાં લઈશું જ્યારે જનરેટર વોલ્ટેજ શૂન્યની બરાબર છે.

સમયગાળાના પ્રથમ ત્રિમાસિક ગાળા દરમિયાન, જનરેટર ટર્મિનલ્સમાં વોલ્ટેજ વધશે, શૂન્યથી શરૂ થશે, અને કેપેસિટર ચાર્જ થવાનું શરૂ કરશે. સર્કિટમાં એક કરંટ દેખાશે, જો કે, કેપેસિટરને ચાર્જ કરવાની પ્રથમ ક્ષણે, તેની પ્લેટો પરનો વોલ્ટેજ હમણાં જ દેખાયો છે અને હજી પણ ખૂબ નાનો છે તે હકીકત હોવા છતાં, સર્કિટમાં વર્તમાન (ચાર્જિંગ વર્તમાન) સૌથી મોટો હશે. . જેમ જેમ કેપેસિટર પરનો ચાર્જ વધે છે તેમ, સર્કિટમાં વર્તમાન ઘટે છે અને જ્યારે કેપેસિટર સંપૂર્ણ ચાર્જ થાય છે ત્યારે તે ક્ષણે શૂન્ય સુધી પહોંચે છે. આ કિસ્સામાં, કેપેસિટરની પ્લેટો પરનો વોલ્ટેજ, જનરેટરના વોલ્ટેજને સખત રીતે અનુસરીને, આ ક્ષણે મહત્તમ બને છે, પરંતુ વિપરીત ચિહ્ન સાથે, એટલે કે, તે જનરેટરના વોલ્ટેજ પર નિર્દેશિત થાય છે.

ચોખા. 1. કેપેસીટન્સ સાથે સર્કિટમાં વર્તમાન અને વોલ્ટેજમાં ફેરફાર

આ રીતે, વર્તમાન સૌથી વધુ બળ સાથે કેપેસિટરમાં મફતમાં ધસી આવે છે, પરંતુ જ્યારે કેપેસિટરની પ્લેટો ચાર્જથી ભરાઈ જાય છે અને તેને સંપૂર્ણપણે ચાર્જ કરતી વખતે શૂન્ય પર પડી જાય છે ત્યારે તરત જ ઘટાડો થવા લાગે છે.

ચાલો આ ઘટનાની સરખામણી કરીએ કે બે સંચાર વાહિનીઓ (ફિગ. 2) ને જોડતી પાઇપમાં પાણીના પ્રવાહનું શું થાય છે, જેમાંથી એક ભરેલું છે અને બીજું ખાલી છે. વ્યક્તિએ માત્ર પાણીના માર્ગને અવરોધતા વાલ્વને દબાવવાનું હોય છે, કારણ કે પાણી તરત જ ડાબા જહાજમાંથી મોટા દબાણ હેઠળ પાઇપ દ્વારા ખાલી જમણા પાત્રમાં ધસી આવે છે. તરત જ, જોકે, જહાજોમાં સ્તરની સમાનતાને કારણે પાઇપમાં પાણીનું દબાણ ધીમે ધીમે નબળું પડવાનું શરૂ થશે અને તે શૂન્ય થઈ જશે. પાણીનો પ્રવાહ બંધ થઈ જશે.

ચોખા. 2. સંદેશાવ્યવહાર જહાજોને જોડતી પાઇપમાં પાણીના દબાણમાં ફેરફાર એ કેપેસિટરના ચાર્જિંગ દરમિયાન સર્કિટમાં વર્તમાનમાં ફેરફાર સમાન છે.

એ જ રીતે, કરંટ પહેલા એક અનચાર્જ્ડ કેપેસિટરમાં ધસી જાય છે અને પછી ધીમે ધીમે તે ચાર્જ થતાં નબળો પડે છે.

જેમ જેમ સમયગાળાનો બીજો ક્વાર્ટર શરૂ થાય છે, જ્યારે જનરેટર વોલ્ટેજ શરૂઆતમાં ધીમેથી શરૂ થાય છે અને પછી વધુ અને વધુ ઝડપથી ઘટે છે, ત્યારે ચાર્જ થયેલ કેપેસિટર જનરેટરને ડિસ્ચાર્જ કરશે, જેના કારણે સર્કિટમાં ડિસ્ચાર્જ કરંટ થાય છે. જેમ જેમ જનરેટર વોલ્ટેજ ઘટે છે તેમ તેમ કેપેસિટર વધુ ને વધુ ડિસ્ચાર્જ થાય છે અને સર્કિટમાં ડિસ્ચાર્જ કરંટ વધે છે. સમયગાળાના આ ક્વાર્ટરમાં ડિસ્ચાર્જ પ્રવાહની દિશા સમયગાળાના પ્રથમ ક્વાર્ટરમાં ચાર્જ કરંટની દિશાની વિરુદ્ધ છે. તદનુસાર, વર્તમાન વળાંક કે જે શૂન્ય મૂલ્યને પસાર કરે છે તે હવે સમય અક્ષની નીચે સ્થિત છે.

પ્રથમ અર્ધ-ચક્રના અંત સુધીમાં, જનરેટર વોલ્ટેજ, તેમજ કેપેસિટર વોલ્ટેજ, ઝડપથી શૂન્યની નજીક આવે છે અને સર્કિટ વર્તમાન ધીમે ધીમે તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે. આપેલ છે કે સર્કિટમાં વર્તમાનનું મૂલ્ય વધારે છે, સર્કિટમાં વહન કરવામાં આવતા ચાર્જનું મૂલ્ય વધારે છે, તે સ્પષ્ટ થઈ જશે કે જ્યારે કેપેસિટરની પ્લેટો પર વોલ્ટેજ હોય ​​ત્યારે વર્તમાન તેની મહત્તમતા સુધી કેમ પહોંચે છે, અને તેથી ચાર્જ ચાલુ થાય છે. કેપેસિટર, ઝડપથી ઘટે છે.

સમયગાળાના ત્રીજા ક્વાર્ટરની શરૂઆત સાથે, કેપેસિટર ફરીથી ચાર્જ થવાનું શરૂ કરે છે, પરંતુ તેની પ્લેટોની ધ્રુવીયતા, તેમજ જનરેટરની ધ્રુવીયતા, બદલાય છે "અને તેનાથી વિપરિત, અને વર્તમાન, તે જ પ્રવાહમાં ચાલુ રહે છે. દિશા, કેપેસિટર ચાર્જ થતાં ઘટવાનું શરૂ કરે છે. સમયગાળાના ત્રીજા ક્વાર્ટરના અંતમાં, જ્યારે જનરેટર અને કેપેસિટર વોલ્ટેજ તેમની મહત્તમ પહોંચે છે, ત્યારે વર્તમાન શૂન્ય થઈ જાય છે.

સમયગાળાના છેલ્લા ક્વાર્ટર દરમિયાન, વોલ્ટેજ, ઘટતા, શૂન્ય પર આવે છે, અને વર્તમાન, સર્કિટમાં તેની દિશા બદલીને, તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે. અહીં સમયગાળો સમાપ્ત થાય છે, જેના પછી આગલો શરૂ થાય છે, બરાબર પાછલા એકને પુનરાવર્તિત કરે છે, અને તેથી વધુ.

આમ, જનરેટરના વૈકલ્પિક વોલ્ટેજની ક્રિયા હેઠળ, કેપેસિટરને સમયગાળા દરમિયાન બે વાર ચાર્જ કરવામાં આવે છે (અવધિના પ્રથમ અને ત્રીજા ક્વાર્ટરમાં) અને બે વાર ડિસ્ચાર્જ કરવામાં આવે છે (સમયના બીજા અને ચોથા ક્વાર્ટરમાં). પરંતુ તેઓ એક પછી એક વૈકલ્પિક હોવાથી કેપેસિટર ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ દરેક વખતે સર્કિટ દ્વારા ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ કરંટ પસાર થાય છે, તો પછી આપણે નિષ્કર્ષ પર આવી શકીએ છીએ વૈકલ્પિક પ્રવાહ.

તમે આને નીચેના સરળ પ્રયોગમાં ચકાસી શકો છો. 25 W લાઇટ બલ્બ દ્વારા 4-6 માઇક્રોફારાડ કેપેસિટરને મેઇન્સ સાથે કનેક્ટ કરો.પ્રકાશ આવશે અને જ્યાં સુધી સર્કિટ તૂટી ન જાય ત્યાં સુધી બહાર જશે નહીં. આ સૂચવે છે કે એક વૈકલ્પિક પ્રવાહ કેપેસીટન્સ સાથે સર્કિટમાંથી પસાર થયો છે. અલબત્ત, તે કેપેસિટરના ડાઇલેક્ટ્રિકમાંથી પસાર થતું નથી, પરંતુ સમયની કોઈપણ ક્ષણે કાં તો ચાર્જ કરંટ અથવા કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ પ્રવાહનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.

જેમ આપણે જાણીએ છીએ, કેપેસિટર ચાર્જ કરવામાં આવે ત્યારે તેમાં ઉદ્ભવતા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ ડાઇલેક્ટ્રિકનું ધ્રુવીકરણ થાય છે, અને જ્યારે કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થાય છે ત્યારે તેનું ધ્રુવીકરણ અદૃશ્ય થઈ જાય છે.

આ કિસ્સામાં, તેમાં ઉદ્ભવતા વિસ્થાપન પ્રવાહ સાથેનું ડાઇલેક્ટ્રિક સર્કિટના એક પ્રકારનું ચાલુ તરીકે વૈકલ્પિક પ્રવાહ માટે સેવા આપે છે, અને સતત માટે તે સર્કિટને તોડે છે. પરંતુ વિસ્થાપન પ્રવાહ ફક્ત કેપેસિટરના ડાઇલેક્ટ્રિકની અંદર રચાય છે, અને તેથી સર્કિટ સાથે ચાર્જનું સ્થાનાંતરણ થતું નથી.

AC કેપેસિટર દ્વારા આપવામાં આવતો પ્રતિકાર કેપેસિટરના કેપેસિટેન્સના મૂલ્ય અને વર્તમાનની આવર્તન પર આધાર રાખે છે.

કેપેસિટરની ક્ષમતા જેટલી વધારે છે, કેપેસિટરના ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન સર્કિટ પર વધુ ચાર્જ અને તે મુજબ, સર્કિટમાં વર્તમાન વધારે છે. સર્કિટમાં વર્તમાનમાં વધારો સૂચવે છે કે તેનો પ્રતિકાર ઘટ્યો છે.

તેથી, જેમ જેમ કેપેસીટન્સ વધે છે તેમ, વૈકલ્પિક પ્રવાહ માટે સર્કિટનો પ્રતિકાર ઘટે છે.

તે વધી રહ્યું છે વર્તમાન આવર્તન સર્કિટમાં વહન કરેલા ચાર્જની માત્રામાં વધારો કરે છે કારણ કે કેપેસિટરનો ચાર્જ (તેમજ ડિસ્ચાર્જ) ઓછી આવર્તન કરતાં વધુ ઝડપથી થવો જોઈએ. તે જ સમયે, એકમ સમય દીઠ સ્થાનાંતરિત ચાર્જની માત્રામાં વધારો એ સર્કિટમાં વર્તમાનમાં વધારાની સમકક્ષ છે અને તેથી, તેના પ્રતિકારમાં ઘટાડો.

જો આપણે કોઈક રીતે વૈકલ્પિક પ્રવાહની આવર્તનને ધીમે ધીમે ઘટાડીએ અને વર્તમાનને સીધા પ્રવાહમાં ઘટાડીશું, તો પછી સર્કિટમાં સમાવિષ્ટ કેપેસિટરનો પ્રતિકાર ધીમે ધીમે વધશે અને તે દેખાય ત્યાં સુધી તે અનંતપણે મોટો (સર્કિટ તોડવું) બનશે. સતત વર્તમાન સર્કિટ.

તેથી, જેમ જેમ આવર્તન વધે છે તેમ, વૈકલ્પિક પ્રવાહ માટે કેપેસિટરનો પ્રતિકાર ઘટે છે.

જેમ વૈકલ્પિક પ્રવાહ માટે કોઇલના પ્રતિકારને પ્રેરક કહેવાય છે, તેમ કેપેસિટરના પ્રતિકારને કેપેસિટીવ કહેવામાં આવે છે.

તેથી, કેપેસિટીવ પ્રતિકાર વધારે છે, સર્કિટની ક્ષમતા ઓછી છે અને વર્તમાનની આવર્તન જે તેને ફીડ કરે છે.

કેપેસિટીવ પ્રતિકાર Xc તરીકે સૂચવવામાં આવે છે અને ઓહ્મમાં માપવામાં આવે છે.

વર્તમાનની આવર્તન અને સર્કિટની ક્ષમતા પર કેપેસિટીવ પ્રતિકારની અવલંબન સૂત્ર Xc = 1 /ωC દ્વારા નિર્ધારિત કરવામાં આવે છે, જ્યાં ω એ 2πe ના ઉત્પાદનની સમાન ગોળ આવર્તન છે, C એ સર્કિટની ક્ષમતા છે. ફરાડ

કેપેસિટીવ પ્રતિકાર, પ્રેરક પ્રતિકારની જેમ, પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રકૃતિ ધરાવે છે, કારણ કે કેપેસિટર વર્તમાન સ્ત્રોતની ઊર્જાનો ઉપયોગ કરતું નથી.

સૂત્ર ઓહ્મનો કાયદો કેપેસિટીવ સર્કિટ માટે તેનું સ્વરૂપ I = U / Xc છે, જ્યાં I અને U — વર્તમાન અને વોલ્ટેજના અસરકારક મૂલ્યો; Xc એ સર્કિટનો કેપેસિટીવ પ્રતિકાર છે.

ઓછી-આવર્તન પ્રવાહોને ઉચ્ચ પ્રતિકાર પ્રદાન કરવા અને ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહોને સરળતાથી પસાર કરવા માટે કેપેસિટર્સની મિલકતનો ઉપયોગ સંચાર સાધન સર્કિટમાં વ્યાપકપણે થાય છે.

કેપેસિટર્સની મદદથી, ઉદાહરણ તરીકે, સર્કિટના સંચાલન માટે જરૂરી, ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહોથી સતત પ્રવાહો અને ઓછી-આવર્તન પ્રવાહોને અલગ પાડવાનું પ્રાપ્ત થાય છે.

જો સર્કિટના ઉચ્ચ-આવર્તન ભાગમાં ઓછી-આવર્તન પ્રવાહના માર્ગને અવરોધિત કરવું જરૂરી છે, તો શ્રેણીમાં એક નાનો કેપેસિટર જોડાયેલ છે. તે નીચા આવર્તન પ્રવાહ માટે મહાન પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે અને તે જ સમયે ઉચ્ચ આવર્તન પ્રવાહને સરળતાથી પસાર કરે છે.

જો ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહને રોકવા માટે જરૂરી હોય, ઉદાહરણ તરીકે, રેડિયો સ્ટેશનના પાવર સર્કિટમાં, તો પછી મોટી ક્ષમતાના કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે વર્તમાન સ્ત્રોત સાથે સમાંતર જોડાયેલ છે. આ કિસ્સામાં, રેડિયો સ્ટેશનના પાવર સપ્લાય સર્કિટને બાયપાસ કરીને, ઉચ્ચ-આવર્તન પ્રવાહ કેપેસિટરમાંથી પસાર થાય છે.

એસી સર્કિટમાં સક્રિય પ્રતિકાર અને કેપેસિટર

વ્યવહારમાં, જ્યારે કેપેસીટન્સ સાથે શ્રેણીબદ્ધ સર્કિટમાં હોય ત્યારે કિસ્સાઓ વારંવાર જોવા મળે છે સક્રિય પ્રતિકાર શામેલ છે. આ કિસ્સામાં સર્કિટનો કુલ પ્રતિકાર સૂત્ર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે

તેથી, સક્રિય અને કેપેસિટીવ AC પ્રતિકાર ધરાવતા સર્કિટનો કુલ પ્રતિકાર આ સર્કિટના સક્રિય અને કેપેસિટીવ પ્રતિકારના વર્ગોના સરવાળાના વર્ગમૂળ જેટલો છે.

આ I = U/Z સર્કિટ માટે પણ ઓહ્મનો નિયમ માન્ય રહે છે.

અંજીરમાં. 3 કેપેસિટીવ અને સક્રિય પ્રતિકાર ધરાવતા સર્કિટમાં વર્તમાન અને વોલ્ટેજ વચ્ચેના તબક્કા સંબંધને દર્શાવતા વળાંકો દર્શાવે છે.

ચોખા. 3. કેપેસિટર અને સક્રિય પ્રતિકાર સાથેના સર્કિટમાં વર્તમાન, વોલ્ટેજ અને પાવર

આકૃતિમાંથી જોઈ શકાય છે તેમ, આ કિસ્સામાં વર્તમાન વોલ્ટેજને સમયગાળાના એક ક્વાર્ટર દ્વારા નહીં, પરંતુ ઓછા દ્વારા વધે છે, કારણ કે સક્રિય પ્રતિકાર સર્કિટની સંપૂર્ણ કેપેસિટીવ (પ્રતિક્રિયાશીલ) પ્રકૃતિનું ઉલ્લંઘન કરે છે, જે ઘટેલા તબક્કા દ્વારા પુરાવા મળે છે. પાળી હવે સર્કિટ ટર્મિનલ્સ પરના વોલ્ટેજને બે ઘટકોના સરવાળા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે: વોલ્ટેજ ટિવનો પ્રતિક્રિયાશીલ ઘટક, તેના સક્રિય પ્રતિકારને દૂર કરીને, સર્કિટના કેપેસિટીવ પ્રતિકાર અને વોલ્ટેજના સક્રિય ઘટકને દૂર કરશે.

સર્કિટનો સક્રિય પ્રતિકાર જેટલો મોટો, વર્તમાન અને વોલ્ટેજ વચ્ચેનો તબક્કો ઓછો.

આ સમયગાળા દરમિયાન બે વાર સર્કિટમાં પાવર ફેરફારના વળાંક (ફિગ. 3 જુઓ) એ નકારાત્મક ચિહ્ન પ્રાપ્ત કર્યું, જે આપણે પહેલેથી જ જાણીએ છીએ, સર્કિટની પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રકૃતિનું પરિણામ છે. સર્કિટ જેટલી ઓછી પ્રતિક્રિયાશીલ હોય છે, વર્તમાન અને વોલ્ટેજ વચ્ચેનો તબક્કો જેટલો નાનો હોય છે અને સર્કિટ જેટલો વધુ વર્તમાન સ્ત્રોત પાવર વાપરે છે.

આ પણ વાંચો: વોલ્ટેજ રેઝોનન્સ