किन इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रकारका यन्त्रहरू हुन्छन्?

विद्युतस्थैतिक प्रकारका उपकरण के हुन्छन्?

विद्युतस्थैतिक उपकरणको परिभाषा

विद्युतस्थैतिक उपकरणलाई एउटा उपकरण भनिन्छ जसले स्थैतिक विद्युत क्षेत्रको प्रयोग गरेर वोल्टेज माप्ने लागि प्रयोग गरिन्छ, सामान्यतया उच्च वोल्टेज।

कार्य तत्त्व

नाममा देखिन्छ, विद्युतस्थैतिक उपकरणहरू स्थैतिक विद्युत क्षेत्रको प्रयोग गरेर झुकाउने बल उत्पन्न गर्छन्। यी आमतौरले उच्च वोल्टेज माप्न लागि प्रयोग गरिन्छ तर केही स्थितिमा निम्न वोल्टेज र शक्ति पनि माप्न सक्छ। विद्युतस्थैतिक बल दुई तरिकाले कार्य गर्न सक्छ।

निर्माण प्रकारहरू

एक व्यवस्थामा, एक प्लेट निश्चित रहन्छ र अर्को प्लेट चलाउन सकिन्छ। प्लेटहरू विपरीत चार्ज भएको हुन्छ, जसले आकर्षक बल उत्पन्न गर्छ जसले चलाउन सकिने प्लेटलाई निश्चित प्लेटबाट झुकाउँछ जबसम्म अधिकतम विद्युतस्थैतिक ऊर्जा संचित न हुन्छ।

अर्को व्यवस्थामा, प्लेटको घूर्णन गतिबाट बल आकर्षक, धक्कादायी, वा दुवै हुन सक्छ।

बल समीकरण

दुई प्लेटहरूलाई ध्यान दिनुहोस्: प्लेट A धनात्मक चार्ज छ, र प्लेट B ऋणात्मक चार्ज छ। प्लेट A निश्चित छ, र प्लेट B चलाउन सकिन्छ। यो सन्तुलन बिन्दुमा जहाँ विद्युतस्थैतिक बल र स्प्रिङ बल बराबर हुन्छ, प्लेटहरू बीचमा एउटा बल F छ। यो बिन्दुमा प्लेटहरूमा संचित विद्युतस्थैतिक ऊर्जा छ:

अब यदि हामी लगाएको वोल्टेजलाई dV रकममा बढाउँछौं, त्यसकारण प्लेट B प्लेट A बाट dx दूरी झुक्दै जान्छ। प्लेट B को विस्थापनले फेला पार्ने स्प्रिङ बलको विरुद्ध गरिने काम F.dx हुन्छ। लगाएको वोल्टेज र विद्युत धाराको बीच सम्बन्ध छ

यस विद्युत धाराको मानले इनपुट ऊर्जा गणना गर्न सकिन्छ

यसबाट हामी संचित ऊर्जामा परिवर्तन गणना गर्न सक्छ र यो बाहिर आउँछ

अभिव्यक्तिमा देखिने उच्च क्रमका शब्दहरूलाई उपेक्षा गर्दै। अब ऊर्जा संरक्षणको सिद्धान्त लागू गर्दा हामी लाई प्रणालीमा इनपुट ऊर्जा = प्रणालीको संचित ऊर्जामा वृद्धि + प्रणालीको द्वारा गरिने यान्त्रिक काम। यसबाट हामी लेख्न सक्छौं,

उपरोक्त समीकरणबाट बल गणना गर्न सकिन्छ

अब हामी घूर्णन विद्युतस्थैतिक प्रकारका उपकरणहरूका लागि बल र टोक समीकरण निकाल्न चलौं। निम्न चित्र दिएको छ,

घूर्णन विद्युतस्थैतिक उपकरणहरूको लागि झुकाउने टोकको अभिव्यक्ति पार्न, समीकरण (1) मा F लाई Td र dx लाई dA ले बदल्नुहोस्। झुकाउने टोकको लागि संशोधित समीकरण छ:

स्थिर अवस्थामा, नियन्त्रण टोक Tc = K × A हुन्छ। झुकाव A लेख्न सकिन्छ:

यस अभिव्यक्तिबाट हामी निष्कर्ष निकाल्न सक्छ कि दर्शकको झुकाव नापिने वोल्टेजको वर्गसँग सीधा समानुपातिक हुन्छ जसले स्केल असमान हुनेछ। अब हामी Quadrant electrometer बारेमा चर्चा गरौं। 

यो उपकरण सामान्यतया 100V देखि 20 किलो वोल्टसम्मको वोल्टेज माप्न लागि प्रयोग गरिन्छ। पुनः Quadrant electrometerमा प्राप्त झुकाउने टोक लगाएको वोल्टेजको वर्गसँग सीधा समानुपातिक हुन्छ; यसको एक लाभ यो उपकरण AC र DC वोल्टेज दुवै माप्न सकिन्छ। 

वोल्टमिटरको रूपमा विद्युतस्थैतिक प्रकारका उपकरणहरूको प्रयोगको एक लाभ यो हो कि हामी नापिने वोल्टेजको रेंज विस्तार गर्न सक्छौं। अब यो उपकरणको रेंज विस्तार गर्नका दुई तरिका छन्। हामी उनीहरूलाई एक-एक चर्चा गरौं। 

(a) प्रतिरोध विभाजकको प्रयोग गर्दै: यस प्रकारको व्यवस्थाको चित्र दिएको छ।

हामी नाप्न चाहनेको वोल्टेजलाई कुल प्रतिरोध r र विद्युतस्थैतिक केपेसिटरलाई कुल प्रतिरोधको एक भाग r बाट जोडिन्छ। अब यदि लगाएको वोल्टेज DC हो, तब हामीले एउटा धारणा गर्नुपर्छ कि जोडिएको केपेसिटर अनन्त लीक प्रतिरोध छ। 

यस मामलामा गुणांक विद्युत प्रतिरोध r/Rको अनुपात दिइन्छ। यस सर्किटमा AC कार्यक्रमको विश्लेषण पनि आसानीले गरिन सकिन्छ फेरि AC कार्यक्रमको मामलामा गुणांक r/R छ।

(b) केपेसिटर गुणक तकनीकको प्रयोग गर्दै: हामी नाप्न चाहनेको वोल्टेजको रेंज विस्तार गर्न सक्छौं यस सर्किटमा दिएको जस्ता एउटा श्रृंखला केपेसिटरहरू राखेर।

चित्र रेखाचित्र 1मा गुणकको अभिव्यक्ति निकाल्न चलौं। C1 लाई वोल्टमिटरको केपेसिटन्स र C2 लाई श्रृंखला केपेसिटरको केपेसिटन्स भनौं। यी केपेसिटरहरूको श्रृंखला संयोजन सर्किटको कुल केपेसिटन्स हुन्छ।

वोल्टमिटरको इम्पीडन्स Z1 = 1/jωC1, र कुल इम्पीडन्स छ:

गुणकलाई Z/Z1को अनुपात रूपमा परिभाषा गरिन्छ, जसले 1 + C2 / C1 हुन्छ। यस तरिकाले, हामी वोल्टेज मापन रेंज विस्तार गर्न सक्छौं।

विद्युतस्थैतिक प्रकारका उपकरणका लाभहरू

• पहिलो र सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण लाभ यो हो कि हामी AC र DC वोल्टेज दुवै माप्न सक्छौं र कारण धेरै स्पष्ट छ झुकाउने टोक वोल्टेजको वर्गसँग सीधा समानुपातिक छ।

• यी प्रकारका उपकरणहरूमा शक्ति उपभोग धेरै निम्न छ किनकि यी उपकरणहरूले लिने धारा धेरै निम्न छ।

• हामी उच्च मानको वोल्टेज माप्न सक्छौं।

विद्युतस्थैतिक प्रकारका उपकरणका हानिहरू

• यी अन्य उपकरणहरूबाट तुलनामा धेरै महँगो छन् र यी ठूलो आकारका छन्।

• स्केल समान छैन।

• लगाइएका विभिन्न बलहरूको मान छोटो छ।

रेंज विस्तार

मापन रेंजलाई प्रतिरोध विभाजक वा केपेसिटर गुणकहरू प्रयोग गरेर विस्तार गर्न सकिन्छ।