కెపాసిటర్‌ను ఛార్జ్ చేయడం మరియు విడుదల చేయడం

కెపాసిటర్ ఛార్జ్

కెపాసిటర్‌ను ఛార్జ్ చేయడానికి, మీరు దానిని DC సర్క్యూట్‌కు కనెక్ట్ చేయాలి. అంజీర్ లో. 1 కెపాసిటర్ ఛార్జింగ్ సర్క్యూట్‌ను చూపుతుంది. కెపాసిటర్ సి జనరేటర్ యొక్క టెర్మినల్‌లకు అనుసంధానించబడి ఉంది. సర్క్యూట్‌ను మూసివేయడానికి లేదా తెరవడానికి కీని ఉపయోగించవచ్చు. కెపాసిటర్‌ను ఛార్జ్ చేసే ప్రక్రియను వివరంగా పరిశీలిద్దాం.

జనరేటర్ అంతర్గత నిరోధకతను కలిగి ఉంది. స్విచ్ మూసివేయబడినప్పుడు, కెపాసిటర్ eకి సమానమైన ప్లేట్ల మధ్య వోల్టేజ్‌కి ఛార్జ్ అవుతుంది. మొదలైనవి v. జనరేటర్: Uc = E. ఈ సందర్భంలో, జెనరేటర్ యొక్క సానుకూల టెర్మినల్‌కు అనుసంధానించబడిన ప్లేట్ ధనాత్మక చార్జ్ (+q)ని పొందుతుంది మరియు రెండవ ప్లేట్ సమానమైన ప్రతికూల ఛార్జ్ (-q)ని పొందుతుంది. ఛార్జ్ q పరిమాణం కెపాసిటర్ C మరియు దాని ప్లేట్లలోని వోల్టేజ్ యొక్క సామర్థ్యానికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది: q = CUc

పె. 1... కెపాసిటర్ ఛార్జింగ్ సర్క్యూట్

కెపాసిటర్ ప్లేట్‌లను ఛార్జ్ చేయడానికి, వాటిలో ఒకటి పొందడం మరియు మరొకటి నిర్దిష్ట మొత్తంలో ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడం అవసరం.ఒక ప్లేట్ నుండి మరొక ప్లేట్‌కు ఎలక్ట్రాన్ల బదిలీ జనరేటర్ యొక్క ఎలెక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్ ద్వారా బాహ్య సర్క్యూట్ వెంట నిర్వహించబడుతుంది మరియు సర్క్యూట్ వెంట ఛార్జీలను కదిలించే ప్రక్రియ విద్యుత్ ప్రవాహం కంటే మరేమీ కాదు, దీనిని ఛార్జింగ్ కెపాసిటివ్ కరెంట్ A ఛార్జ్ అని పిలుస్తారు.

కెపాసిటర్‌లోని వోల్టేజ్ eకి సమానమైన విలువను చేరుకునే వరకు విలువలో ఛార్జింగ్ కరెంట్ సాధారణంగా సెకనులో వెయ్యి వంతులో ప్రవహిస్తుంది. మొదలైనవి v. జనరేటర్. దాని ఛార్జింగ్ సమయంలో కెపాసిటర్ యొక్క ప్లేట్లపై వోల్టేజ్ పెరుగుదల యొక్క గ్రాఫ్ అంజీర్లో చూపబడింది. 2, a, దీని నుండి వోల్టేజ్ Uc సజావుగా పెరుగుతుంది, మొదట వేగంగా, ఆపై మరింత నెమ్మదిగా పెరుగుతుంది, ఇది eకి సమానంగా మారుతుంది. మొదలైనవి v. జనరేటర్ E. ఆ తర్వాత, కెపాసిటర్‌పై వోల్టేజ్ మారదు.

అన్నం. 2. కెపాసిటర్‌ను ఛార్జ్ చేస్తున్నప్పుడు వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ యొక్క గ్రాఫ్‌లు

కెపాసిటర్ ఛార్జ్ అయినప్పుడు, సర్క్యూట్ ద్వారా ఛార్జింగ్ కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది. ఛార్జ్ కరెంట్ గ్రాఫ్ అంజీర్లో చూపబడింది. 2, బి. ప్రారంభ క్షణంలో, ఛార్జింగ్ కరెంట్ అతిపెద్ద విలువను కలిగి ఉంది, ఎందుకంటే కెపాసిటర్‌లోని వోల్టేజ్ ఇప్పటికీ సున్నా, మరియు ఓమ్ యొక్క చట్టం ప్రకారం iotax = E / Ri, అన్ని e., మొదలైనవి నుండి. సి జెనరేటర్ నిరోధకత Riకి వర్తించబడుతుంది.

కెపాసిటర్ ఛార్జ్ అయినప్పుడు, అంటే, దానిపై వోల్టేజ్ పెరుగుతుంది, ఇది ఛార్జింగ్ కరెంట్ కోసం తగ్గుతుంది. కెపాసిటర్‌పై ఇప్పటికే వోల్టేజ్ ఉన్నప్పుడు, ప్రతిఘటన అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ ఇ మధ్య వ్యత్యాసానికి సమానంగా ఉంటుంది. మొదలైనవి v. జనరేటర్ మరియు కెపాసిటర్ వోల్టేజ్, అంటే E - U లకు సమానం. కాబట్టి itax = (E-Us) / Ri

ఇక్కడ నుండి Uc పెరిగేకొద్దీ, icharge మరియు Uc = E వద్ద ఛార్జింగ్ కరెంట్ సున్నా అవుతుందని చూడవచ్చు.

ఓం యొక్క చట్టం గురించి ఇక్కడ మరింత చదవండి: సర్క్యూట్ యొక్క ఒక విభాగానికి ఓం యొక్క చట్టం

కెపాసిటర్ ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ యొక్క వ్యవధి రెండు పరిమాణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది:

1) జనరేటర్ Ri యొక్క అంతర్గత నిరోధం నుండి,

2) కెపాసిటర్ సి కెపాసిటెన్స్ నుండి.

అంజీర్ లో. 2 10 మైక్రోఫారడ్ల సామర్థ్యంతో కెపాసిటర్ కోసం సొగసైన ప్రవాహాల గ్రాఫ్‌లను చూపుతుంది: కర్వ్ 1 ఇతో జనరేటర్ నుండి ఛార్జింగ్ ప్రక్రియకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. మొదలైనవి E = 100 Vతో మరియు అంతర్గత ప్రతిఘటనతో Ri= 10 ఓం, కర్వ్ 2 అదే eతో జనరేటర్ నుండి ఛార్జింగ్ ప్రక్రియకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. pr. తో, కానీ తక్కువ అంతర్గత ప్రతిఘటనతో: Ri = 5 ఓంలు.

ఈ వక్రతల పోలిక నుండి, జనరేటర్ యొక్క తక్కువ అంతర్గత నిరోధకతతో, ప్రారంభ క్షణంలో సొగసైన కరెంట్ యొక్క బలం ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ వేగంగా ఉంటుంది.

అన్నం. 2. వివిధ ప్రతిఘటనల వద్ద ఛార్జింగ్ ప్రవాహాల గ్రాఫ్‌లు

అంజీర్ లో. 3 అదే జనరేటర్ నుండి ఛార్జింగ్ చేస్తున్నప్పుడు ఛార్జింగ్ కరెంట్‌ల గ్రాఫ్‌లను eతో పోల్చింది. మొదలైనవి E = 100 V మరియు అంతర్గత ప్రతిఘటనతో Ri= 10 ohms రెండు కెపాసిటర్లు విభిన్న సామర్థ్యాలతో: 10 మైక్రోఫారడ్స్ (కర్వ్ 1) మరియు 20 మైక్రోఫారడ్స్ (కర్వ్ 2).

ప్రారంభ ఛార్జింగ్ కరెంట్ ఐయోటాక్స్ = E /Ri = 100/10 = 10 రెండు కెపాసిటర్లు ఒకే విధంగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే పెద్ద కెపాసిటీ ఉన్న కెపాసిటర్ ఎక్కువ విద్యుత్‌ను నిల్వ చేస్తుంది, అప్పుడు దాని ఛార్జింగ్ కరెంట్ ఎక్కువ సమయం పడుతుంది మరియు ఛార్జింగ్ ప్రక్రియ ఎక్కువ - పొడవుగా ఉంటుంది.

అన్నం. 3. వివిధ సామర్థ్యాలతో ఛార్జింగ్ కరెంట్ల పట్టికలు

కెపాసిటర్ ఉత్సర్గ

జెనరేటర్ నుండి ఛార్జ్ చేయబడిన కెపాసిటర్‌ను డిస్‌కనెక్ట్ చేయండి మరియు దాని ప్లేట్‌లకు ప్రతిఘటనను అటాచ్ చేయండి.

కెపాసిటర్ అస్ యొక్క ప్లేట్‌లపై వోల్టేజ్ ఉంది, కాబట్టి, క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్‌లో, డిచ్ఛార్జ్ కెపాసిటివ్ కరెంట్ ఐర్స్ అని పిలువబడే కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది.

కెపాసిటర్ యొక్క పాజిటివ్ ప్లేట్ నుండి నెగటివ్ ప్లేట్‌కు రెసిస్టెన్స్ ద్వారా కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది. ఇది ప్రతికూల ప్లేట్ నుండి అదనపు ఎలక్ట్రాన్ల పరివర్తనకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, అక్కడ అవి లేవు.వరుస ఫ్రేమ్‌ల ప్రక్రియ రెండు ప్లేట్‌ల పొటెన్షియల్‌లు సమానంగా ఉండే వరకు జరుగుతుంది, అనగా వాటి మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం సున్నా అవుతుంది: Uc = 0.

అంజీర్ లో. 4a విలువ Uco = 100 V నుండి సున్నాకి ఉత్సర్గ సమయంలో కెపాసిటర్‌లో వోల్టేజ్ తగ్గుదల యొక్క గ్రాఫ్‌ను చూపుతుంది మరియు వోల్టేజ్ మొదట వేగంగా తగ్గుతుంది, ఆపై మరింత నెమ్మదిగా ఉంటుంది.

అంజీర్ లో. 4, బి డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్‌లో మార్పుల గ్రాఫ్‌ను చూపుతుంది. ఉత్సర్గ కరెంట్ యొక్క బలం ప్రతిఘటన R యొక్క విలువపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు ఓం యొక్క నియమం ప్రకారం ires = Uc/R

అన్నం. 4. కెపాసిటర్ ఉత్సర్గ సమయంలో వోల్టేజ్ మరియు ప్రవాహాల గ్రాఫ్‌లు

ప్రారంభ క్షణంలో, కెపాసిటర్ యొక్క ప్లేట్‌లపై వోల్టేజ్ గొప్పగా ఉన్నప్పుడు, డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ కూడా గొప్పది, మరియు ఉత్సర్గ సమయంలో Uc తగ్గడంతో, డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ కూడా తగ్గుతుంది. Uc = 0 వద్ద, డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ ఆగిపోతుంది.

పారవేయడం యొక్క వ్యవధి దీనిపై ఆధారపడి ఉంటుంది:

1) కెపాసిటర్ సి కెపాసిటెన్స్ నుండి

2) కెపాసిటర్ విడుదలయ్యే ప్రతిఘటన R విలువపై.

R ప్రతిఘటన ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, ఉత్సర్గ నెమ్మదిగా జరుగుతుంది. ఇది పెద్ద ప్రతిఘటనతో, డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ యొక్క బలం చిన్నదిగా ఉంటుంది మరియు కెపాసిటర్ యొక్క ప్లేట్లపై ఛార్జ్ మొత్తం నెమ్మదిగా తగ్గుతుంది.

ఇది అదే కెపాసిటర్ యొక్క డిచ్ఛార్జ్ కరెంట్ యొక్క గ్రాఫ్‌లలో, 10 μF సామర్థ్యంతో మరియు 100 V వోల్టేజ్‌కి ఛార్జ్ చేయబడుతుంది, రెండు వేర్వేరు నిరోధకత విలువలతో (Fig. 5): కర్వ్ 1 — R వద్ద =40 ఓంలు, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A మరియు కర్వ్ 2 — 20 Ohm ioresr = 100/20 = 5 A వద్ద.

అన్నం. 5. వివిధ ప్రతిఘటనల వద్ద ఉత్సర్గ ప్రవాహాల గ్రాఫ్‌లు

కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ పెద్దగా ఉన్నప్పుడు ఉత్సర్గ కూడా నెమ్మదిగా ఉంటుంది.ఎందుకంటే కెపాసిటర్ ప్లేట్‌లపై ఎక్కువ కెపాసిటెన్స్‌తో, ఎక్కువ విద్యుత్తు (ఎక్కువ ఛార్జ్) ఉంటుంది మరియు ఛార్జ్ హరించడానికి ఎక్కువ సమయం పడుతుంది. 100 V యొక్క ఒకే వోల్టేజ్‌కి ఛార్జ్ చేయబడి, R= 40 ohms (Fig. 6: కర్వ్ 1 — సామర్థ్యం కలిగిన కెపాసిటర్‌కు) ఒకే సామర్థ్యం గల రెండు కెపాసిటర్‌ల కోసం విడుదలయ్యే ప్రవాహాల గ్రాఫ్‌ల ద్వారా ఇది స్పష్టంగా చూపబడుతుంది. 10 మైక్రోఫారడ్స్ మరియు కర్వ్ 2 - 20 మైక్రోఫారడ్స్ సామర్థ్యం కలిగిన కెపాసిటర్ కోసం).

అన్నం. 6. వివిధ శక్తుల వద్ద ఉత్సర్గ ప్రవాహాల గ్రాఫ్‌లు

పరిగణించబడిన ప్రక్రియల నుండి, కెపాసిటర్‌తో కూడిన సర్క్యూట్‌లో, ప్లేట్‌లపై వోల్టేజ్ మారినప్పుడు, ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ క్షణాలలో మాత్రమే కరెంట్ ప్రవహిస్తుందని నిర్ధారించవచ్చు.

వోల్టేజ్ మారినప్పుడు, ప్లేట్‌లపై ఛార్జ్ మొత్తం మారుతుంది మరియు దీనికి సర్క్యూట్ వెంట ఛార్జీల కదలిక అవసరం, అంటే విద్యుత్ ప్రవాహం సర్క్యూట్ గుండా వెళ్ళాలి. చార్జ్ చేయబడిన కెపాసిటర్ డైరెక్ట్ కరెంట్‌ను పాస్ చేయదు ఎందుకంటే దాని ప్లేట్ల మధ్య విద్యుద్వాహకము సర్క్యూట్‌ను తెరుస్తుంది.

కెపాసిటర్ శక్తి

ఛార్జింగ్ ప్రక్రియలో, కెపాసిటర్ జనరేటర్ నుండి స్వీకరించడం ద్వారా శక్తిని నిల్వ చేస్తుంది. కెపాసిటర్ డిశ్చార్జ్ అయినప్పుడు, ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ యొక్క మొత్తం శక్తి ఉష్ణ శక్తిగా మార్చబడుతుంది, అనగా, కెపాసిటర్ విడుదలయ్యే ప్రతిఘటనను వేడి చేయడానికి ఇది వెళుతుంది. కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ మరియు దాని ప్లేట్లలో వోల్టేజ్ ఎక్కువ, కెపాసిటర్ యొక్క విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క శక్తి ఎక్కువ. వోల్టేజ్ Uకి ఛార్జ్ చేయబడిన C కెపాసిటర్ కెపాసిటర్ కలిగి ఉన్న శక్తి మొత్తం దీనికి సమానం: W = Wc = CU2/2

ఒక ఉదాహరణ. కెపాసిటర్ C = 10 μF వోల్టేజ్ Uc = 500 Vకి ఛార్జ్ చేయబడింది.కెపాసిటర్ విడుదలయ్యే ప్రతిఘటన వద్ద వేడి శక్తిలో విడుదలయ్యే శక్తిని నిర్ణయించండి.

సమాధానం. ఉత్సర్గ సమయంలో, కెపాసిటర్ ద్వారా నిల్వ చేయబడిన మొత్తం శక్తి వేడిగా మార్చబడుతుంది. కాబట్టి W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J.