इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रकार की यंत्रांश क्या हैं

विद्युत स्थैतिक प्रकार के उपकरण क्या हैं?

विद्युत स्थैतिक उपकरण की परिभाषा

विद्युत स्थैतिक उपकरण को एक ऐसा उपकरण के रूप में परिभाषित किया जाता है जो स्थैतिक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके आमतौर पर उच्च वोल्टता मापने के लिए इस्तेमाल किया जाता है।

कार्य सिद्धांत

नाम से स्पष्ट है, विद्युत स्थैतिक उपकरण स्थैतिक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके विक्षेपी बल उत्पन्न करते हैं। ये आमतौर पर उच्च वोल्टता मापने के लिए इस्तेमाल किए जाते हैं, लेकिन कुछ मामलों में निम्न वोल्टता और शक्ति को भी माप सकते हैं। विद्युत स्थैतिक बल दो तरीकों से कार्य कर सकता है।

निर्माण प्रकार

एक सेटअप में, एक प्लेट स्थिर होता है जबकि दूसरा प्लेट गतिशील होता है। प्लेट विपरीत रूप से आवेशित होते हैं, जिससे आकर्षण बल उत्पन्न होता है जो गतिशील प्लेट को स्थिर प्लेट की ओर ले जाता है जब तक कि अधिकतम विद्युत स्थैतिक ऊर्जा संचित नहीं हो जाती।

दूसरे सेटअप में, प्लेट के घूर्णन गति के कारण बल आकर्षक, प्रतिकर्षक या दोनों हो सकता है।

बल समीकरण

दो प्लेटों को ध्यान में रखें: प्लेट A धनात्मक आवेशित है, और प्लेट B ऋणात्मक आवेशित है। प्लेट A स्थिर है, और प्लेट B गतिशील है। साम्यावस्था में, जब विद्युत स्थैतिक बल स्प्रिंग बल के बराबर होता है, प्लेटों के बीच एक बल F होता है। इस समय प्लेटों में संचित विद्युत स्थैतिक ऊर्जा है:

अब मान लीजिए हम लगाए गए वोल्टता में dV की वृद्धि करते हैं, इसके कारण प्लेट B प्लेट A की ओर dx दूरी तक गति करता है। प्लेट B के विस्थापन के कारण स्प्रिंग बल के विरुद्ध किया गया कार्य F.dx होता है। लगाए गए वोल्टता को धारा के साथ संबंधित किया जाता है

इस विद्युत धारा के मान से इनपुट ऊर्जा की गणना की जा सकती है

इससे हम संचित ऊर्जा में परिवर्तन की गणना कर सकते हैं और यह प्राप्त होता है

उच्च क्रम के पदों को छोड़ते हुए। अब ऊर्जा संरक्षण के सिद्धांत को लागू करते हुए हमारे पास प्रणोदक ऊर्जा = प्रणोदक ऊर्जा + यांत्रिक कार्य। इससे हम लिख सकते हैं,

ऊपर दिए गए समीकरण से बल की गणना की जा सकती है

अब चलिए घूर्णन विद्युत स्थैतिक प्रकार के उपकरणों के लिए बल और टार्क समीकरण को विकसित करें। नीचे चित्र दिखाया गया है,

घूर्णन विद्युत स्थैतिक उपकरणों में विक्षेपी टार्क के लिए व्यंजक खोजने के लिए, समीकरण (1) में F को Td से और dx को dA से बदलें। विक्षेपी टार्क के लिए संशोधित समीकरण है:

स्थिर अवस्था में, नियंत्रक टार्क Tc = K × A है। विक्षेप A को लिखा जा सकता है:

इस व्यंजक से हम निष्कर्ष निकालते हैं कि इंडिकेटर का विक्षेप वोल्टता के वर्ग के समानुपाती है, इसलिए स्केल असमान होगा। अब चलिए Quadrant electrometer के बारे में चर्चा करें। 

यह उपकरण आमतौर पर 100V से 20 किलो वोल्ट तक की वोल्टता मापने के लिए इस्तेमाल किया जाता है। फिर से Quadrant electrometer में प्राप्त विक्षेपी टार्क लगाए गए वोल्टता के वर्ग के समानुपाती है; इसका एक फायदा यह है कि यह उपकरण AC और DC वोल्टता दोनों को माप सकता है। 

विद्युत स्थैतिक प्रकार के उपकरणों को वोल्टमीटर के रूप में इस्तेमाल करने का एक फायदा यह है कि हम वोल्टता की मापन रेंज को बढ़ा सकते हैं। अब इस उपकरण की रेंज को बढ़ाने के दो तरीके हैं। हम उन्हें एक-एक करके चर्चा करेंगे। 

(a) प्रतिरोध विभाजकों का उपयोग करके: नीचे इस प्रकार की विन्यास का परिपथ चित्र दिया गया है।

जिस वोल्टता को हम मापना चाहते हैं, वह पूर्ण प्रतिरोध r पर लगाई जाती है और विद्युत स्थैतिक कैपेसिटर पूर्ण प्रतिरोध के एक हिस्से पर जो r के रूप में चिह्नित है, लगाया जाता है। अब मान लीजिए लगाई गई वोल्टता DC है, तो हम एक धारणा करेंगे कि जो कैपेसिटर लगाया गया है, वह अनंत लीक प्रतिरोध का है। 

इस मामले में गुणक विद्युत प्रतिरोध r/R के अनुपात द्वारा दिया जाता है। इस परिपथ पर AC संचालन का भी आसानी से विश्लेषण किया जा सकता है, फिर से AC संचालन के मामले में गुणक r/R के बराबर होता है।

(b) कैपेसिटर गुणक तकनीक का उपयोग करके: हम दिए गए परिपथ में श्रृंखला में कैपेसिटर रखकर वोल्टता की मापन रेंज बढ़ा सकते हैं।

चित्र 1 के परिपथ चित्र में गुणक के लिए व्यंजक विकसित करें। C1 वोल्टमीटर की क्षमता हो और C2 श्रृंखला कैपेसिटर की क्षमता हो। इन कैपेसिटरों का श्रृंखला संयोजन परिपथ की कुल क्षमता के बराबर होता है।

वोल्टमीटर का प्रतिरोध Z1 = 1/jωC1 है, और कुल प्रतिरोध है:

गुणक Z/Z1 के अनुपात द्वारा परिभाषित है, जो 1 + C2 / C1 है। इस तरह, हम वोल्टता मापन रेंज को बढ़ा सकते हैं।

विद्युत स्थैतिक प्रकार के उपकरणों के फायदे

• पहला और सबसे महत्वपूर्ण फायदा यह है कि हम AC और DC वोल्टता दोनों माप सकते हैं और इसका कारण बहुत स्पष्ट है, विक्षेपी टार्क वोल्टता के वर्ग के समानुपाती है।

• इन प्रकार के उपकरणों में शक्ति उपभोग बहुत कम होता है क्योंकि इन उपकरणों द्वारा खींची जाने वाली धारा बहुत कम होती है।

• हम उच्च मान की वोल्टता माप सकते हैं।

विद्युत स्थैतिक प्रकार के उपकरणों के नुकसान

• ये अन्य उपकरणों की तुलना में बहुत महंगे होते हैं और इनका आकार बड़ा होता है।

• स्केल एकसमान नहीं होता।

• विभिन्न संचालन बल छोटे परिमाण के होते हैं।

रेंज विस्तार

मापन रेंज को प्रतिरोध विभाजकों या कैपेसिटर गुणकों का उपयोग करके बढ़ाया जा सकता है।