ইলেকট্রোস্ট্যাটিক ধরনের যন্ত্র কি?

ইলেকট্রোস্ট্যাটিক প্রকারের যন্ত্রপাতি কি?

ইলেকট্রোস্ট্যাটিক যন্ত্রপাতির সংজ্ঞা

ইলেকট্রোস্ট্যাটিক যন্ত্রপাতি হল এমন একটি যন্ত্র যা স্থির বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করে ভোল্টেজ, সাধারণত উচ্চ ভোল্টেজ মাপে।

কাজের নীতি

নাম থেকেই বোঝা যায়, ইলেকট্রোস্ট্যাটিক যন্ত্রপাতি স্থির বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ব্যবহার করে দুর্বল শক্তি তৈরি করে। তারা সাধারণত উচ্চ ভোল্টেজ মাপতে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু কিছু ক্ষেত্রে নিম্ন ভোল্টেজ এবং শক্তি মাপতেও ব্যবহৃত হতে পারে। ইলেকট্রোস্ট্যাটিক শক্তি দুইভাবে কাজ করতে পারে।

নির্মাণের প্রকারভেদ

একটি সেটআপে, একটি প্লেট স্থির থাকে এবং অন্যটি স্থানান্তরিত হতে পারে। প্লেটগুলি বিপরীত চার্জযুক্ত, যা একটি আকর্ষণশীল শক্তি তৈরি করে যা স্থানান্তরিত প্লেটকে স্থির প্লেটের দিকে সরিয়ে নেয় যতক্ষণ না সর্বোচ্চ ইলেকট্রোস্ট্যাটিক শক্তি সঞ্চিত হয়।

অন্য একটি সেটআপে, প্লেটের ঘূর্ণন গতির কারণে শক্তি আকর্ষণশীল, প্রতিস্থাপনশীল বা দুইটি হতে পারে।

টর্ক সমীকরণ

দুটি প্লেট বিবেচনা করুন: প্লেট A ধনাত্মক চার্জযুক্ত এবং প্লেট B ঋণাত্মক চার্জযুক্ত। প্লেট A স্থির এবং প্লেট B স্থানান্তরিত হতে পারে। সমতায় প্লেটগুলির মধ্যে F শক্তি থাকে যখন ইলেকট্রোস্ট্যাটিক শক্তি স্প্রিং শক্তির সমান হয়। এই বিন্দুতে প্লেটগুলিতে সঞ্চিত ইলেকট্রোস্ট্যাটিক শক্তি হল:

এখন ধরুন আমরা dV পরিমাণ প্রযুক্ত ভোল্টেজ বৃদ্ধি করি, ফলে প্লেট B প্লেট A-এর দিকে dx দূরত্বে সরে যায়। স্প্রিং শক্তির বিরুদ্ধে প্লেট B-এর স্থানান্তরের কারণে কৃত কাজ F.dx। প্রযুক্ত ভোল্টেজ এবং বিদ্যুৎ সম্পর্কিত হল:

এই বিদ্যুৎ প্রবাহের মান থেকে ইনপুট শক্তি হিসাব করা যায়:

এই থেকে আমরা সঞ্চিত শক্তির পরিবর্তন হিসাব করতে পারি, যা হল:

উচ্চতর মাত্রার পদগুলি উপেক্ষা করে। এখন শক্তি সংরক্ষণের নীতি প্রয়োগ করে আমরা পাই, সিস্টেমের ইনপুট শক্তি = সিস্টেমের সঞ্চিত শক্তির বৃদ্ধি + সিস্টেম দ্বারা কৃত যান্ত্রিক কাজ। এই থেকে আমরা লিখতে পারি,

উপরের সমীকরণ থেকে শক্তি হিসাব করা যায়:

এখন আমরা ঘূর্ণন ইলেকট্রোস্ট্যাটিক প্রকারের যন্ত্রপাতির জন্য শক্তি এবং টর্ক সমীকরণ বের করি। নিচে ডায়াগ্রাম দেখানো হল,

ঘূর্ণন ইলেকট্রোস্ট্যাটিক যন্ত্রপাতিতে দুর্বল টর্কের প্রকাশ খুঁজতে, (1) সমীকরণে F-কে Td এবং dx-কে dA দিয়ে প্রতিস্থাপন করুন। দুর্বল টর্কের জন্য পরিবর্তিত সমীকরণ হল:

স্থিতিশীল অবস্থায়, নিয়ন্ত্রণ টর্ক Tc = K × A। দুর্বল টর্ক A-কে লিখা যায়:

এই প্রকাশ থেকে আমরা সিদ্ধান্ত নিতে পারি যে পয়েন্টারের দুর্বল টর্ক মাপতে হবে ভোল্টেজের বর্গের সমানুপাতিক, তাই স্কেল সুষম হবে না। এখন আমরা কোয়াড্রান্ট ইলেকট্রোমিটার নিয়ে আলোচনা করি। 

এই যন্ত্র সাধারণত 100V থেকে 20 কিলোভোল্ট পর্যন্ত ভোল্টেজ মাপার জন্য ব্যবহৃত হয়। আবার কোয়াড্রান্ট ইলেকট্রোমিটারে প্রাপ্ত দুর্বল টর্ক প্রযুক্ত ভোল্টেজের বর্গের সমানুপাতিক; এর একটি সুবিধা হল এই যন্ত্র এসি এবং ডিসি ভোল্টেজ উভয়ই মাপতে ব্যবহৃত হতে পারে। 

ইলেকট্রোস্ট্যাটিক প্রকারের যন্ত্রপাতি ভোল্টমিটার হিসাবে ব্যবহার করার একটি সুবিধা হল আমরা মাপতে যাওয়া ভোল্টেজের পরিসীমা বাড়াতে পারি। এখন এই যন্ত্রের পরিসীমা বাড়ানোর দুই পদ্ধতি রয়েছে। আমরা একটি একটি করে আলোচনা করব। 

(a) রোধ পটেনশিয়াল ডিভাইডার ব্যবহার করে: নিচে এই ধরনের বিন্যাসের সার্কিট ডায়াগ্রাম দেওয়া হল।

আমরা যে ভোল্টেজ মাপতে চাই তা মোট রোধ r-এর উপর প্রয়োগ করা হয় এবং ইলেকট্রোস্ট্যাটিক ক্যাপাসিটর মোট রোধের অংশ r-এর উপর সংযুক্ত করা হয় যা r চিহ্নিত করা হয়। এখন ধরুন প্রযুক্ত ভোল্টেজ ডিসি, তাহলে আমরা একটি ধারণা করতে হবে যে সংযুক্ত ক্যাপাসিটরের লীক রোধ অসীম। 

এই ক্ষেত্রে গুণক দেওয়া হয় বৈদ্যুতিক রোধ r/R-এর অনুপাতে। এই সার্কিটের এসি প্রক্রিয়া আবার সহজে বিশ্লেষণ করা যায়, এসি প্রক্রিয়ায় গুণক সমান r/R।

(b) ক্যাপাসিটর মাল্টিপ্লায়ার পদ্ধতি ব্যবহার করে: আমরা নিচে দেওয়া সার্কিটে একটি সিরিজ ক্যাপাসিটর স্থাপন করে মাপতে যাওয়া ভোল্টেজের পরিসীমা বাড়াতে পারি।

এখন আমরা সার্কিট ডায়াগ্রাম 1-এর জন্য গুণকের প্রকাশ বের করি। C1 হল ভোল্টমিটারের ক্যাপাসিটর এবং C2 হল সিরিজ ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিটর। এই ক্যাপাসিটরগুলির সিরিজ সংমিশ্রণ সার্কিটের মোট ক্যাপাসিটরের সমান।

ভোল্টমিটারের ইমপিডেন্স Z1 = 1/jωC1, এবং মোট ইমপিডেন্স হল:

গুণক হল Z/Z1-এর অনুপাত, যা 1 + C2 / C1। এইভাবে, আমরা ভোল্টেজ মাপার পরিসীমা বাড়াতে পারি।

ইলেকট্রোস্ট্যাটিক প্রকারের যন্ত্রপাতির সুবিধা

• প্রথম এবং সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ সুবিধা হল আমরা এসি এবং ডিসি ভোল্টেজ উভয়ই মাপতে পারি এবং এর কারণ খুবই স্পষ্ট, দুর্বল টর্ক ভোল্টেজের বর্গের সমানুপাতিক।

• এই প্রকারের যন্ত্রপাতিতে শক্তি ব্যবহার খুব কম, কারণ এই যন্ত্রপাতিগুলি দ্বারা টানা বিদ্যুৎ খুব কম।

• আমরা উচ্চ মানের ভোল্টেজ মাপতে পারি।

ইলেকট্রোস্ট্যাটিক প্রকারের যন্ত্রপাতির অসুবিধা

• এই যন্ত্রপাতিগুলি অন্যান্য যন্ত্রপাতির তুলনায় খুব বেশি খরচের এবং এগুলির আকার বড়।

• স্কেল সুষম নয়।

• বিভিন্ন পরিচালনা শক্তিগুলির মান খুব কম।

পরিসীমা বিস্তার

মাপার পরিসীমা রোধ পটেনশিয়াল ডিভাইডার বা ক্যাপাসিটর মাল্টিপ্লায়ার ব্যবহার করে বিস্তার করা যায়।