একটি ক্যাপাসিটরের বৈদ্যুতিক ক্ষমতা: সূত্র এবং ইতিহাস

2024 লেখক: Aaron Duncan | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-01 20:03

ইলেকট্রিক ক্যাপাসিটর হল একটি নিষ্ক্রিয় যন্ত্র যা বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চয় ও সঞ্চয় করতে সক্ষম। এটি একটি অস্তরক পদার্থ দ্বারা পৃথক দুটি পরিবাহী প্লেট নিয়ে গঠিত। পরিবাহী প্লেটে বিভিন্ন চিহ্নের বৈদ্যুতিক সম্ভাবনার প্রয়োগ তাদের দ্বারা একটি চার্জের অধিগ্রহণের দিকে পরিচালিত করে, যা একটি প্লেটে ধনাত্মক এবং অন্যটিতে ঋণাত্মক। এই ক্ষেত্রে, মোট চার্জ শূন্য।

এই নিবন্ধটি ইতিহাসের সমস্যা এবং ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্সের সংজ্ঞা নিয়ে আলোচনা করে।

আবিস্কারের গল্প

1745 সালের অক্টোবরে, জার্মান বিজ্ঞানী ইওয়াল্ড জর্জ ফন ক্লিস্ট লক্ষ্য করেছিলেন যে একটি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক জেনারেটর এবং একটি কাচের পাত্রে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ জল একটি তারের সাথে সংযুক্ত থাকলে একটি বৈদ্যুতিক চার্জ সংরক্ষণ করা যেতে পারে। এই পরীক্ষায়, ভন ক্লিস্টের হাত এবং জল ছিল পরিবাহী, এবং কাচের পাত্রটি ছিল একটি বৈদ্যুতিক নিরোধক। বিজ্ঞানী তার হাত দিয়ে ধাতব তার স্পর্শ করার পরে, একটি শক্তিশালী স্রাব ঘটেছে, যা ছিলএকটি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক জেনারেটরের স্রাবের চেয়ে অনেক বেশি শক্তিশালী। ফলস্বরূপ, ভন ক্লিস্ট উপসংহারে পৌঁছেছিলেন যে সেখানে বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চিত ছিল।

1746 সালে, ডাচ পদার্থবিদ পিটার ভ্যান মুশেনব্রোক একটি ক্যাপাসিটর আবিষ্কার করেন, যাকে তিনি লেইডেন বিশ্ববিদ্যালয়ের সম্মানে লেইডেন বোতল নামে ডাকেন যেখানে বিজ্ঞানী কাজ করেছিলেন। ড্যানিয়েল গ্রালাট তখন বেশ কিছু লেইডেন বোতল সংযুক্ত করে ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স বাড়িয়ে দেন।

1749 সালে, বেঞ্জামিন ফ্র্যাঙ্কলিন লেইডেন ক্যাপাসিটর নিয়ে তদন্ত করেছিলেন এবং এই সিদ্ধান্তে পৌঁছেছিলেন যে বৈদ্যুতিক চার্জ জলে নয়, যেমনটি আগে বিশ্বাস করা হয়েছিল, তবে জল এবং কাচের সীমানায়। ফ্র্যাঙ্কলিনের আবিষ্কারের জন্য ধন্যবাদ, লেইডেন বোতলগুলি কাচের পাত্রের ভিতরে এবং বাইরে ধাতব প্লেট দিয়ে ঢেকে তৈরি করা হয়েছিল৷

শিল্প উন্নয়ন

"ক্যাপাসিটর" শব্দটি 1782 সালে আলেসান্দ্রো ভোল্টা তৈরি করেছিলেন। প্রাথমিকভাবে, বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিটর ইনসুলেটর তৈরি করতে গ্লাস, চীনামাটির বাসন, মাইকা এবং প্লেইন পেপারের মতো উপকরণ ব্যবহার করা হত। সুতরাং, রেডিও ইঞ্জিনিয়ার গুগলিয়েলমো মার্কনি তার ট্রান্সমিটার এবং রিসিভারগুলির জন্য চীনামাটির বাসন ক্যাপাসিটর ব্যবহার করতেন - একটি মাইকা ইনসুলেটর সহ ছোট ক্যাপাসিটর, যা 1909 সালে আবিষ্কৃত হয়েছিল - দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের আগে, তারা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে সবচেয়ে সাধারণ ছিল৷

প্রথম ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটর 1896 সালে আবিষ্কৃত হয়েছিল এবং এটি অ্যালুমিনিয়াম ইলেক্ট্রোড সহ একটি ইলেক্ট্রোলাইট ছিল। ইলেকট্রনিক্সের দ্রুত বিকাশ শুরু হয়েছিল 1950 সালে একটি ক্ষুদ্র ট্যান্টালাম ক্যাপাসিটর আবিষ্কারের পরে।কঠিন ইলেক্ট্রোলাইট।

দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের সময়, প্লাস্টিক রসায়নের বিকাশের ফলস্বরূপ, ক্যাপাসিটরগুলি উপস্থিত হতে শুরু করে, যেখানে একটি অন্তরকের ভূমিকা পাতলা পলিমার ফিল্মের জন্য নির্ধারিত হয়েছিল৷

অবশেষে, 50-60 এর দশকে, সুপারক্যাপাসিটরগুলির শিল্প বিকাশ লাভ করে, যার বেশ কয়েকটি কার্যকরী পরিবাহী পৃষ্ঠ রয়েছে, যার কারণে ক্যাপাসিটরগুলির বৈদ্যুতিক ক্ষমতা প্রচলিত ক্যাপাসিটরের জন্য এর মানের তুলনায় 3 ক্রম মাত্রায় বৃদ্ধি পায়।

একটি ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্সের ধারণা

ক্যাপাসিটর প্লেটে সংরক্ষিত বৈদ্যুতিক চার্জ ডিভাইসের প্লেটের মধ্যে বিদ্যমান বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ভোল্টেজের সমানুপাতিক। এই ক্ষেত্রে, সমানুপাতিকতার সহগকে ফ্ল্যাট ক্যাপাসিটরের বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিট্যান্স বলা হয়। SI (ইন্টারন্যাশনাল সিস্টেম অফ ইউনিট) তে, বৈদ্যুতিক ক্ষমতা, শারীরিক পরিমাণ হিসাবে, ফ্যারাডে পরিমাপ করা হয়। একটি ফ্যারাড হল একটি ক্যাপাসিটরের বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিট্যান্স, যার প্লেটগুলির মধ্যে ভোল্টেজ হল 1 ভোল্ট যার একটি সঞ্চিত চার্জ 1 কুলম্ব।

1 ফ্যারাডের বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিট্যান্স বিশাল, এবং বৈদ্যুতিক প্রকৌশল এবং ইলেকট্রনিক্সে অনুশীলনে, পিকোফ্যারাড, ন্যানোফ্যারাড এবং মাইক্রোফ্যারাডের ক্রম ক্যাপাসিট্যান্স সহ ক্যাপাসিটরগুলি সাধারণত ব্যবহৃত হয়। একমাত্র ব্যতিক্রম হল সুপারক্যাপাসিটর, যা সক্রিয় কার্বন নিয়ে গঠিত, যা ডিভাইসের কাজের ক্ষেত্রকে বাড়িয়ে দেয়। তারা হাজার হাজার ফ্যারাডে পৌঁছাতে পারে এবং প্রোটোটাইপ বৈদ্যুতিক যানকে পাওয়ার জন্য ব্যবহৃত হয়।

এইভাবে, ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স হল: C=Q₁/(V₁-V_{2)। এখানে সি-বৈদ্যুতিক ক্ষমতা, Q}1 _{- ক্যাপাসিটরের একটি প্লেটে সঞ্চিত বৈদ্যুতিক চার্জ, V}1_-V2_{- প্লেটের বৈদ্যুতিক সম্ভাবনার মধ্যে পার্থক্য।}

একটি ফ্ল্যাট ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্সের সূত্র হল: C=e₀eS/d। এখানে e_{0এবং e হল সার্বজনীন অস্তরক ধ্রুবক এবং অন্তরক পদার্থের অস্তরক ধ্রুবক S হল প্লেটের ক্ষেত্রফল, d হল প্লেটের মধ্যকার দূরত্ব। এই সূত্রটি আপনাকে বুঝতে দেয় যে আপনি যদি ইনসুলেটরের উপাদান, প্লেট বা তাদের ক্ষেত্রফলের মধ্যে দূরত্ব পরিবর্তন করেন তবে ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স কীভাবে পরিবর্তিত হবে।}

ব্যবহৃত ডাইলেক্ট্রিকের প্রকার

ক্যাপাসিটর তৈরির জন্য, বিভিন্ন ধরণের ডাইলেক্ট্রিক ব্যবহার করা হয়। সবচেয়ে জনপ্রিয় হল নিম্নলিখিত:

1. বাতাস। এই ক্যাপাসিটরগুলি পরিবাহী পদার্থের দুটি প্লেট, যা বাতাসের একটি স্তর দ্বারা পৃথক করা হয় এবং একটি কাচের কেসে রাখা হয়। এয়ার ক্যাপাসিটরের বৈদ্যুতিক ক্ষমতা ছোট। এগুলি সাধারণত রেডিও ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে ব্যবহৃত হয়৷
2. মিকা। অভ্রের বৈশিষ্ট্য (পাতলা চাদরে আলাদা করার ক্ষমতা এবং উচ্চ তাপমাত্রা সহ্য করার ক্ষমতা) ক্যাপাসিটরগুলিতে অন্তরক হিসাবে এটি ব্যবহারের জন্য উপযুক্ত৷
3. কাগজ। মোমযুক্ত বা বার্নিশ করা কাগজ ভিজে যাওয়া থেকে রক্ষা করার জন্য ব্যবহার করা হয়।

সঞ্চিত শক্তি

ক্যাপাসিটরের প্লেটের মধ্যে সম্ভাব্য পার্থক্য বাড়ার সাথে সাথে ডিভাইসটি বৈদ্যুতিক শক্তি সঞ্চয় করেএর ভিতরে একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের উপস্থিতি। যদি প্লেটের মধ্যে সম্ভাব্য পার্থক্য কমে যায়, তাহলে ক্যাপাসিটরটি নিঃসৃত হয়, বৈদ্যুতিক সার্কিটে শক্তি দেয়।

গাণিতিকভাবে, একটি নির্বিচারে ক্যাপাসিটরে সংরক্ষিত বৈদ্যুতিক শক্তি নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা প্রকাশ করা যেতে পারে: E=½C(V_2-V 1 ₎2^{, যেখানে V}2 _{এবং V}1 _{চূড়ান্ত এবং প্রাথমিক প্লেটের মধ্যে চাপ।}

চার্জ এবং ডিসচার্জ

যদি একটি ক্যাপাসিটর একটি রোধ এবং বৈদ্যুতিক প্রবাহের কিছু উত্স সহ একটি বৈদ্যুতিক সার্কিটের সাথে সংযুক্ত থাকে, তবে বর্তনীর মধ্য দিয়ে কারেন্ট প্রবাহিত হবে এবং ক্যাপাসিটরটি চার্জ হতে শুরু করবে। এটি সম্পূর্ণরূপে চার্জ হওয়ার সাথে সাথে সার্কিটে বৈদ্যুতিক প্রবাহ বন্ধ হয়ে যাবে।

যদি একটি চার্জযুক্ত ক্যাপাসিটর একটি রোধের সাথে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত থাকে, তবে একটি কারেন্ট একটি রোধের মাধ্যমে এক প্লেট থেকে অন্য প্লেটে প্রবাহিত হবে, যা ডিভাইসটি সম্পূর্ণরূপে নিষ্কাশন না হওয়া পর্যন্ত চলতে থাকবে। এই ক্ষেত্রে, ডিভাইসটি চার্জ করার সময় স্রাব প্রবাহের দিকটি বৈদ্যুতিক প্রবাহের দিকের বিপরীত হবে৷

একটি ক্যাপাসিটর চার্জ করা এবং ডিসচার্জ করা একটি সূচকীয় সময় নির্ভরতা অনুসরণ করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ক্যাপাসিটরের স্রাবের সময় প্লেটের মধ্যে ভোল্টেজ নিম্নলিখিত সূত্র অনুসারে পরিবর্তিত হয়: V(t)=V_ie^-t/(RC) , যেখানে V _{i - ক্যাপাসিটরের প্রাথমিক ভোল্টেজ, R - সার্কিটে বৈদ্যুতিক প্রতিরোধ, টি - স্রাবের সময়।}

একটি বৈদ্যুতিক সার্কিটে সংমিশ্রণ

এ উপলব্ধ ক্যাপাসিটরগুলির ক্যাপাসিট্যান্স নির্ধারণ করতেবৈদ্যুতিক সার্কিট, এটা মনে রাখা উচিত যে তারা দুটি ভিন্ন উপায়ে মিলিত হতে পারে:

1. ক্রমিক সংযোগ: ১/C_s =1/C₁+1/C₂+ …+1/C _।
2. সমান্তরাল সংযোগ: C_s =C₁+C₂+…+C _।

C_{s - n ক্যাপাসিটরের মোট ক্যাপাসিট্যান্স। ক্যাপাসিটরগুলির মোট বৈদ্যুতিক ক্যাপাসিট্যান্স মোট বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের জন্য গাণিতিক অভিব্যক্তির অনুরূপ সূত্র দ্বারা নির্ধারিত হয়, শুধুমাত্র ডিভাইসের সিরিজ সংযোগের সূত্রটি প্রতিরোধকের সমান্তরাল সংযোগের জন্য বৈধ এবং এর বিপরীতে।}