ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ వంటి ఉపకరణాలు ఏమిటి?

ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ టైప్ యన్త్రాలు ఏవి?

ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ యన్త్రం నిర్వచనం

ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ యన్త్రం ఎందుకు వ్యవహరించబడుతుంది అనేది స్థిర విద్యుత్ క్షేత్రాలను ఉపయోగించి వోల్టేజ్‌ను, సాధారణంగా ఎక్కడివి వోల్టేజ్‌ను కొలిచే ప్రణాళిక.

కార్య సిద్ధాంతం

పేరు ప్రకారం, ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ యన్త్రాలు స్థిర విద్యుత్ క్షేత్రాలను ఉపయోగించి విక్షేప బలాన్ని తోప్పంచుతాయి. వాటిని సాధారణంగా ఎక్కడివి వోల్టేజ్‌ను కొలిచేందుకు ఉపయోగిస్తారు, కొన్ని సందర్భాలలో తక్కువ వోల్టేజ్‌ను, శక్తిని కూడా కొలిచేందుకు ఉపయోగిస్తారు. ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ బలం పనిచేయడం రెండు మార్గాల్లో జరుగుతుంది.

నిర్మాణ రకాలు

ఒక సెటప్‌లో, ఒక ప్లేట్ స్థిరంగా ఉంటుంది, మరొకటి చలించడంలో స్వీయంగా ఉంటుంది. ప్లేట్లు వ్యతిరేక చార్జ్‌లతో ఉంటాయి, ఇది ఆకర్షణ బలాన్ని తోప్పంచుతుంది, చలించే ప్లేట్ స్థిర ప్లేట్ దిశగా చేరుకుంటుంది, అంతమయినప్పుడే గరిష్ఠ ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ శక్తి నిలిపివేయబడుతుంది.

మరొక సెటప్‌లో, ప్లేట్ చుట్టుముట్ల తిరుగుటం వల్ల బలం ఆకర్షణ, ప్రతిస్పర్ధన, లేదా రెండు అంశాలు కూడా ఉంటాయి.

బలం సమీకరణం

ప్లేట్ A ధనాత్మకంగా చార్జ్ అయినప్పుడు, ప్లేట్ B ఋణాత్మకంగా చార్జ్ అవుతుంది. ప్లేట్ A స్థిరంగా ఉంటుంది, ప్లేట్ B చలించడంలో స్వీయంగా ఉంటుంది. సమతుల్యత ప్రక్రియలో ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ బలం స్ప్రింగ్ బలానికి సమానం అయినప్పుడు ప్లేట్ల మధ్య బలం F ఉంటుంది. ఈ స్థానంలో ప్లేట్లలో నిలిపివేయబడిన ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ శక్తి:

ఇప్పుడు మనం ప్రయోగించిన వోల్టేజ్ dV ప్రమాణంలో పెరిగినప్పుడు, ప్లేట్ B ప్లేట్ A దిశగా dx ప్రమాణంలో చలిస్తుంది. ప్లేట్ B చలించడం వల్ల స్ప్రింగ్ బలానికి వ్యతిరేకంగా చేసిన పన్ను F.dx. ప్రయోగించిన వోల్టేజ్ శక్తితో సంబంధంలో ఉంటుంది

ఈ విద్యుత్ శక్తి విలువ నుండి ఇన్పుట్ శక్తిని లెక్కించవచ్చు

ఈ విధంగా మనం నిలిపివేయబడిన శక్తిలో మార్పును లెక్కించవచ్చు

పై సమీకరణంలో ఉన్న ఉన్నత తరం పదాలను ఉపేక్షించినప్పుడు. ఇప్పుడు శక్తి సంరక్షణ సిద్ధాంతాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు మనకు వ్యవస్థలోకి ఇన్పుట్ శక్తి = వ్యవస్థలో నిలిపివేయబడిన శక్తి + వ్యవస్థ చేసిన మెకానికల్ పన్ను. ఈ విధంగా మనం రాయవచ్చు,

పై సమీకరణం నుండి బలాన్ని లెక్కించవచ్చు

ఇప్పుడు రోటరీ ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ టైప్ యన్త్రాల బలం మరియు టార్క్ సమీకరణాలను వివరిద్దాం. పటం ఇక్కడ చూపించబడింది,

రోటరీ ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ యన్త్రాలలో విక్షేప టార్క్ వ్యక్తీకరణను కనుగొనడానికి, సమీకరణం (1)లో F ను Td తో, dx ను dA తో మార్చండి. విక్షేప టార్క్ కోసం మార్పు చేసిన సమీకరణం:

స్థిరావస్థలో, నియంత్రణ టార్క్ Tc = K × A. విక్షేపం A ను ఈ విధంగా రాయవచ్చు:

ఈ వ్యక్తీకరణ నుండి మనం విక్షేప పాయింటర్ విక్షేపం కొలిచే వోల్టేజ్ వర్గం కు నేరంగా సమానుపాతంలో ఉంటుంది, కాబట్టి స్కేల్ సమానం కాదు. ఇప్పుడు Quadrant electrometer గురించి చర్చ చేద్దాం. 

ఈ యన్త్రం సాధారణంగా 100V నుండి 20 కిలో వోల్ట్ల వరకు వోల్టేజ్ కొలిచేందుకు ఉపయోగిస్తారు. మళ్ళీ క్వాడ్రంట్ ఇలెక్ట్రోమీటర్‌లో విక్షేప టార్క్ ప్రయోగించిన వోల్టేజ్ వర్గంకు నేరంగా సమానుపాతంలో ఉంటుంది; ఇది ఒక ప్రయోజనం ఇది ఈ యన్త్రం AC మరియు DC వోల్టేజ్‌లను కూడా కొలిచేందుకు ఉపయోగించవచ్చు. 

ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ టైప్ యన్త్రాలను వోల్ట్ మీటర్లుగా ఉపయోగించడం యొక్క ఒక ప్రయోజనం మనం కొలిచే వోల్టేజ్ వ్యాప్తిని విస్తరించవచ్చు. ఇప్పుడు ఈ యన్త్రం వ్యాప్తిని విస్తరించడానికి రెండు మార్గాలు ఉన్నాయి. వాటిని ఒక్కొక్కటి చర్చ చేద్దాం. 

(a) రెండవ ప్రతిరోధాల ఉపయోగంతో: క్రింద ఇచ్చిన ప్రకటన ప్రకారం ఈ రకమైన కన్ఫిగరేషన్ యొక్క విద్యుత్ పరికరం పటం.

మనం కొలిచేలేను వోల్టేజ్ r మొత్తం ప్రతిరోధం మీద ప్రయోగించబడుతుంది, మరియు ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ కాపాసిటర్ r మొత్తం ప్రతిరోధం యొక్క భాగంపై కనెక్ట్ చేయబడుతుంది. ఇప్పుడు ప్రయోగించిన వోల్టేజ్ DC అయితే, మనం క్యాపాసిటర్ క్షేధ ప్రతిరోధం అనంతం ఉందని ఒక ఊహను చేయాలి. 

ఈ సందర్భంలో గుణకం విద్యుత్ ప్రతిరోధం r/R నిష్పత్తి ద్వారా ఇవ్వబడుతుంది. ఈ పరికరంలో ac పన్ను కూడా సులభంగా విశ్లేషించవచ్చు, మళ్ళీ ac పన్ను కు గుణకం r/R సమానం.

(b) కాపాసిటర్ గుణక విద్యాను ఉపయోగించి: మనం క్రింద ఇచ్చిన పరికరంలో కాపాసిటర్ల శ్రేణిని ఉపయోగించి వోల్టేజ్ వ్యాప్తిని విస్తరించవచ్చు.

చిత్రం 1 లో గుణకం వ్యక్తీకరణను వివరిద్దాం. C1 వోల్ట్ మీటర్ యొక్క కాపాసిటన్స్, C2 శ్రేణి కాపాసిటర్ యొక్క కాపాసిటన్స్. ఈ కాపాసిటర్ల శ్రేణి సమన్వయం పరికరం యొక్క మొత్తం కాపాసిటన్స్ సమానం.

వోల్ట్ మీటర్ యొక్క ఇమ్పీడెన్స్ Z1 = 1/jωC1, మరియు మొత్తం ఇమ్పీడెన్స్:

గుణకం Z/Z1 నిష్పత్తి ద్వారా నిర్వచించబడుతుంది, ఇది 1 + C2 / C1. ఈ విధంగా, మనం వోల్టేజ్ కొలిచే వ్యాప్తిని విస్తరించవచ్చు.

ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ టైప్ యన్త్రాల ప్రయోజనాలు

• మొదటి మరియు చాలా ముఖ్యమైన ప్రయోజనం మనం AC మరియు DC వోల్టేజ్‌ను కూడా కొలిచేందుకు ఉం