electrostatic type instruments کیا ہیں؟

ایлектرو سٹیٹک اینسترومنٹس کیا ہیں؟

ایлектرو سٹیٹک اینسترومنٹ کی تعریف

ایлектرو سٹیٹک اینسترومنٹ کو ایک ڈیوائس کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے جو اسٹیٹک الیکٹریکل فیلڈز کا استعمال کرتا ہے وولٹیج کی میزینگ کے لیے، عام طور پر اوپر والی وولٹیج۔

کام کرنے کا مبدأ

نام سے ظاہر ہوتا ہے کہ ایлектرو سٹیٹک اینسترومنٹس اسٹیٹک الیکٹریکل فیلڈ کا استعمال کرتے ہیں دیفنگ ٹارک کو پیدا کرنے کے لیے۔ ان کا عام استعمال اوپر والی وولٹیج کی میزینگ کے لیے ہوتا ہے لیکن کچھ صورتحالوں میں کم وولٹیج اور پاور کی میزینگ کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایлектرو سٹیٹک فورس کے عمل کے دو طریقے ہیں۔

کانسٹرکشن کی قسمیں

ایک سیٹ آپ کے پاس ایک پلیٹ ہوتی ہے جو ثابت ہوتی ہے جبکہ دوسری پلیٹ حرکت کے لیے آزاد ہوتی ہے۔ پلیٹس کو مخالف رکھا جاتا ہے، جس سے ایک متاثرہ فورس پیدا ہوتی ہے جو حرکت کرنے والی پلیٹ کو ثابت پلیٹ کی طرف منتقل کرتی ہے تاکہ زیادہ سے زیادہ الیکٹرو سٹیٹک توانائی محفوظ ہو۔

دوسرا سیٹ آپ کو ملتا ہے جہاں فورس میں مطابقت ہو سکتی ہے، رد یا دونوں، پلیٹ کی گردش کی وجہ سے۔

ٹارک کی مساوات

دو پلیٹس کو در نظر لیں: پلیٹ A مثبت رکھا گیا ہے، اور پلیٹ B منفی رکھا گیا ہے۔ پلیٹ A ثابت ہے، اور پلیٹ B حرکت کے لیے آزاد ہے۔ ایک فورس F موجود ہے، جب الیکٹرو سٹیٹک فورس اسپرنگ فورس کے برابر ہو تو پلیٹس کے درمیان تعادل کے وقت۔ اس نقطے پر پلیٹس میں محفوظ الیکٹرو سٹیٹک توانائی ہے:

اب چلوں ہم اطلاق شدہ وولٹیج کو dV کے ذریعے بڑھا دیں، اس کی وجہ سے پلیٹ B dx کی دوری تک پلیٹ A کی طرف منتقل ہو جاتی ہے۔ اسپرنگ فورس کے خلاف کیا گیا کام F.dx ہے۔ اطلاق شدہ وولٹیج کا رشتہ کرنٹ کے ساتھ یوں ہے

اس الیکٹرک کرنٹ کی قدر سے ان پٹ توانائی کا حساب کیا جا سکتا ہے

اس سے ہم محفوظ توانائی کی تبدیلی کا حساب کر سکتے ہیں اور یہ نکلتا ہے

بالا میں ظاہر ہونے والے بلند ترین اصطلاحات کو نظرانداز کرتے ہوئے۔ اب ہم توانائی کی حفاظت کے مبدا کو لاگو کرتے ہوئے سسٹم کو ان پٹ توانائی = سسٹم کی محفوظ توانائی کی اضافہ + سسٹم کا مکینکل کام۔ اس سے ہم لکھ سکتے ہیں،

بالا میں دی گئی مساوات سے فورس کا حساب کیا جا سکتا ہے

اب ہم روتری الیکٹرو سٹیٹک نوع کے اینسترومنٹس کے لیے فورس اور ٹارک کی مساوات کو بنائیں۔ نیچے دائرہ چیٹ دکھایا گیا ہے،

روتری الیکٹرو سٹیٹک اینسترومنٹس کے لیے دیفنگ ٹارک کی عبارت کو معلوم کرنے کے لیے مساوات (1) میں F کو Td سے بدل دیں اور dx کو dA سے۔ معدّل مساوات دیفنگ ٹارک کے لیے یہ ہے:

ثابت حالات میں، کنٹرولنگ ٹارک Tc = K × A ہے۔ دیفنشن A کو یوں لکھا جا سکتا ہے:

اس عبارت سے ہم نتیجہ اخذ کرتے ہیں کہ پوائنٹر کی ڈیفیکشن سیکھنے والی وولٹیج کے مربع کے برابر ہوتی ہے، لہذا سکیل غیر متناسب ہوگی۔ اب ہم کوآڈرانٹ الیکٹرومیٹر کے بارے میں بات کرتے ہیں۔

یہ اینسترومنٹ عام طور پر 100V سے لے کر 20 کلو وولٹ تک کی وولٹیج کی میزینگ کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ پھر بھی کوآڈرانٹ الیکٹرومیٹر میں حاصل ہونے والی دیفنگ ٹارک سیکھنے والی وولٹیج کے مربع کے برابر ہوتی ہے؛ اس کا ایک فائدہ یہ ہے کہ یہ اینسترومنٹ AC اور DC وولٹیج دونوں کی میزینگ کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

الیکٹرو سٹیٹک نوع کے اینسترومنٹس کو وولٹ میٹرز کے طور پر استعمال کرنے کا ایک فائدہ یہ ہے کہ ہم سیکھنے والی وولٹیج کی رینج کو بڑھا سکتے ہیں۔ اب وولٹیج کی رینج کو بڑھانے کے دو طریقے ہیں۔ ہم ان کا ایک سے ایک بحث کرتے ہیں۔

(a) ریزسٹنس پوٹینشل ڈیوائڈرز کا استعمال کرتے ہوئے: نیچے دیا گیا یہ سروس کیکشن کا سروس ڈیاگرام ہے۔

ہم جس وولٹیج کی میزینگ کرنا چاہتے ہیں اسے کل ریزسٹنس r پر لاگو کیا جاتا ہے اور الیکٹرو سٹیٹک کیپیسٹر کو کل ریزسٹنس کے حصے کے ساتھ جو r کے طور پر مشہور ہے۔ اب چلوں ہم فرض کریں کہ لاگو کی گئی وولٹیج DC ہے، تو ہم ایک فرض کرنا چاہیں گے کہ کیپیسٹر کو بیاں کیا گیا ہے جس کا لیکیج ریزسٹنس لامتناہی ہے۔

اس صورتحال میں ضرب کا عدد الیکٹریکل ریزسٹنس r/R کے تناسب سے دیا گیا ہے۔ اس سروس کیکشن پر AC آپریشن کو بھی آسانی سے تجزیہ کیا جا سکتا ہے دوبارہ AC آپریشن کے صورت میں ضرب کا عدد r/R کے برابر ہوتا ہے۔

(b) کیپیسٹر ملٹیپلئر ٹیکنیک کا استعمال کرتے ہوئے: ہم وولٹیج کی رینج کو بڑھا سکتے ہیں سیریز کیپیسٹرز کو دیے گئے سروس کیکشن کے ساتھ رکھ کر۔

چلوں ہم سروس ڈیاگرام 1 میں ضرب کا عدد کی عبارت کو بنائیں۔ C1 کو وولٹ میٹر کی کیپیسٹنس مانا جائے اور C2 سیریز کیپیسٹر کی کیپیسٹنس مانا جائے۔ ان کیپیسٹرز کا سیریز مجموعہ سروس کیکشن کی کل کیپیسٹنس کے برابر ہوتا ہے۔

وولٹ میٹر کا امپیڈنس Z1 = 1/jωC1 ہے، اور کل امپیڈنس یہ ہے:

ضرب کا عدد Z/Z1 کے تناسب کے طور پر تعریف کیا گیا ہے، جو 1 + C2 / C1 ہے۔ اس طرح ہم وولٹیج کی میزینگ کی رینج کو بڑھا سکتے ہیں۔

الیکٹرو سٹیٹک نوع کے اینسترومنٹس کے فوائد

• پہلا اور سب سے اہم فائدہ یہ ہے کہ ہم AC اور DC دونوں وولٹیج کی میزینگ کرسکتے ہیں اور اس کی وجہ واضح ہے کہ دیفنگ ٹارک سیکھنے والی وولٹیج کے مربع کے برابر ہوتی ہے۔

• یہ اینسترومنٹس میں طاقت کا استعمال بہت کم ہوتا ہے کیونکہ ان اینسترومنٹس کو کم کرنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔

• ہم اوپر والی وولٹیج کی میزینگ کرسکتے ہیں۔

الیکٹرو سٹیٹک نوع کے اینسترومنٹس کے نقصانات

• یہ دوسرے اینسترومنٹس کے مقابلے میں بہت مہنگے ہوتے ہیں اور یہ بہت بڑے ہوتے ہیں۔

• سکیل غیر متناسب ہوتی ہے۔

• متعدد کارکن فورسیں کم مقدار کی ہوتی ہیں۔

رینج کی وسعت

میزینگ کی رینج کو ریزسٹنس پوٹینشل ڈیوائڈرز یا کیپیسٹر ملٹیپلئرز کے ذریعے بڑھایا جا سکتا ہے۔