शुद्ध कापेसिटर सर्किट क्या है?

शुद्ध कपासिटर सर्किट

केवल एक शुद्ध कपासिटर जिसकी क्षमता C (फैरड में मापी जाती है) से बना सर्किट शुद्ध कपासिटर सर्किट कहलाता है। कपासिटर इलेक्ट्रिक फील्ड में इलेक्ट्रिक ऊर्जा को संचयित करते हैं, यह विशेषता क्षमता (अन्यथा "कंडेन्सर" के रूप में भी जानी जाती है) के रूप में जानी जाती है। संरचनात्मक रूप से, एक कपासिटर दो चालक प्लेटों से बना होता है जो एक डाइएलेक्ट्रिक माध्यम से अलग किए गए होते हैं-सामान्य डाइएलेक्ट्रिक सामग्री में ग्लास, कागज, माइका और ऑक्साइड लेयर शामिल हैं। आदर्श AC कपासिटर सर्किट में, वोल्टेज से 90 डिग्री के फेज कोण से आगे वर्तमान आगे होता है।

जब कपासिटर पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो उसके प्लेटों के बीच एक इलेक्ट्रिक फील्ड बनता है, लेकिन डाइएलेक्ट्रिक से कोई विद्युत धारा गुजरती नहीं। एक उतार-चढ़ाव वाले AC वोल्टेज स्रोत के साथ, कपासिटर के चक्रीय चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रियाओं के कारण निरंतर धारा प्रवाह होता है।

कपासिटर सर्किट की व्याख्या और व्युत्पत्ति

एक कपासिटर दो अनुनादित प्लेटों से बना होता है जो एक डाइएलेक्ट्रिक माध्यम से अलग किए गए होते हैं, जो इलेक्ट्रिक चार्ज के लिए ऊर्जा संग्रहण उपकरण के रूप में काम करता है। यह जब एक विद्युत स्रोत से जुड़ा होता है तो चार्ज होता है और जब अलग किया जाता है तो डिस्चार्ज होता है। जब इसे DC सप्लाई से जोड़ा जाता है, तो यह लगाए गए विभव के बराबर वोल्टेज तक चार्ज हो जाता है, जो इसकी भूमिका को दर्शाता है कि यह एक पासिव इलेक्ट्रिकल कम्पोनेंट है जो वोल्टेज में परिवर्तन का विरोध करता है।

सर्किट में लगाए गए वैकल्पिक वोल्टेज को निम्न समीकरण द्वारा दिया जाता है:

कपासिटर का चार्ज किसी भी समय पर निम्न प्रकार से दिया जाता है:

सर्किट में प्रवाहित होने वाली धारा निम्न समीकरण द्वारा दी जाती है:

समीकरण (2) से q का मान समीकरण (3) में रखने पर हम प्राप्त करेंगे

अब, समीकरण (1) से v का मान समीकरण (3) में रखने पर हम प्राप्त करेंगे

जहाँ Xc = 1/ωC शुद्ध कपासिटर द्वारा वैकल्पिक धारा प्रवाह के विरोध को दर्शाता है, जिसे क्षमता प्रतिक्रिया के रूप में जाना जाता है। जब sin(ωt + π/2) = 1 होता है, तो धारा अपना अधिकतम मान प्राप्त करती है। इस प्रकार, अधिकतम धारा I_m निम्न प्रकार से व्यक्त की जाती है:

I_m का मान समीकरण (4) में रखने पर हम प्राप्त करेंगे:

फेजर आरेख और शक्ति वक्र

शुद्ध कपासिटर सर्किट में, कपासिटर से गुजरने वाली धारा वोल्टेज से 90 डिग्री के फेज कोण से आगे होती है। फेजर आरेख और वोल्टेज, धारा और शक्ति के लिए तरंग रूप निम्न प्रकार से दर्शाए गए हैं:

ऊपर दिए गए तरंग रूप में, लाल वक्र धारा, नीला वक्र वोल्टेज, और गुलाबी वक्र शक्ति को दर्शाता है। जब वोल्टेज बढ़ता है, तो कपासिटर अपने अधिकतम मान तक चार्ज हो जाता है, जिससे एक सकारात्मक आधा चक्र बनता है; जैसे-जैसे वोल्टेज घटता है, कपासिटर डिस्चार्ज होता है, जिससे एक नकारात्मक आधा चक्र बनता है। वक्र का ध्यानपूर्वक अध्ययन दर्शाता है कि जब वोल्टेज अपने चरम मान तक पहुंचता है, तो धारा शून्य हो जाती है, जिसका अर्थ है कि उस समय कोई धारा नहीं प्रवाहित होती है। जैसे-जैसे वोल्टेज π तक घटता है और नकारात्मक हो जाता है, धारा चरम हो जाती है, जिससे कपासिटर डिस्चार्ज होता है-और यह चार्जिंग-डिस्चार्जिंग चक्र जारी रहता है।

वोल्टेज और धारा 90° के फेज अंतर के कारण एक साथ अपने चरम मान तक नहीं पहुंचती हैं, जैसा कि फेजर आरेख में दिखाया गया है जहाँ धारा (Im) वोल्टेज (Vm) से π/2 से आगे होती है। इस शुद्ध कपासिटर सर्किट में तात्कालिक शक्ति p = vi द्वारा परिभाषित होती है।

इस प्रकार, ऊपर दिए गए समीकरण से यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि क्षमता सर्किट में औसत शक्ति शून्य है। तरंग रूप की सममिति के कारण, आधा चक्र पर औसत शक्ति शून्य होती है, जहाँ सकारात्मक और नकारात्मक लूप क्षेत्र समान होते हैं।

पहले चौथाई चक्र के दौरान, स्रोत द्वारा प्रदान की गई शक्ति कपासिटर प्लेटों के बीच स्थापित इलेक्ट्रिक फील्ड में संचित होती है। अगले चौथाई चक्र में, जैसे-जैसे इलेक्ट्रिक फील्ड घटता है, संचित ऊर्जा स्रोत को वापस दी जाती है। यह ऊर्जा संचय और वापसी का चक्रीय प्रक्रिया लगातार होती रहती है, जिसके परिणामस्वरूप कपासिटर सर्किट द्वारा कोई शक्ति उपभोग नहीं होता है।