एक संधारित्र स्टोर चार्ज कैसे कर सकता है, जबकि वर्तमान भी गुजर रहा है?


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यह अक्सर कहा जाता है कि कैपेसिटर स्टोर चार्ज करते हैं। विकिपीडिया के माध्यम से सिर्फ पढ़ने , मुझे लगता है:

डैनियल ग्रैलाथ चार्ज भंडारण क्षमता को बढ़ाने के लिए एक "बैटरी" के समानांतर कई जार को संयोजित करने वाले पहले व्यक्ति थे । बेंजामिन फ्रैंकलिन ने लेडेन जार की जांच की और इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि चार्ज ग्लास पर संग्रहीत किया गया था , न कि पानी में जैसा कि अन्य ने ग्रहण किया था।

चूंकि कंडक्टर (या प्लेटें) एक साथ करीब हैं, कंडक्टरों पर विपरीत शुल्क उनके विद्युत क्षेत्रों के कारण एक दूसरे को आकर्षित करते हैं, संधारित्र को दिए गए वोल्टेज की तुलना में अधिक चार्ज को स्टोर करने की अनुमति देता है यदि कंडक्टर अलग हो गए थे, तो संधारित्र को एक बड़ा समाई दे रहा है। ।

यहाँ क्यू संधारित्र में संग्रहीत चार्ज है

चार्ज को युग्मनज में मापा जाता है, और मैं समाई की परिभाषा से जानता हूं कि यदि 1F संधारित्र में 1V का वोल्टेज है, तो इसमें 1C आवेश संचित होता है। अगर एक युग्मन 6.241 × 10 18 इलेक्ट्रॉन है, तो कहीं इस संधारित्र में 6.241 × 10 18 इलेक्ट्रॉन होने चाहिए ।

लेकिन अब इस पर विचार करें। अगर मैं कुछ एसी वोल्टेज स्रोत के लिए लोड के रूप में संधारित्र का उपयोग करता हूं, तो कुछ करंट प्रवाहित होगा (वोल्टेज, आवृत्ति और धारिता के आधार पर सटीक मात्रा):

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध

मुझे पता है कि इस सर्किट के चारों ओर करंट प्रवाहित हो रहा है, क्योंकि यदि मैं संधारित्र के दोनों ओर एक लाइटबल्ब लगाता हूं, तो यह प्रकाश करेगा। लेकिन अगर इस सर्किट के चारों ओर धारा प्रवाहित होती है, तो संधारित्र "स्टोर चार्ज" कैसे करता है? दूसरे शब्दों में, मैं कभी भी संधारित्र में इलेक्ट्रॉनों को कैसे रख सकता हूं यदि सर्किट के चारों ओर विद्युत प्रवाह हो रहा है, जिसका मतलब है कि मैं संधारित्र में लगाए गए सभी इलेक्ट्रॉनों के लिए एक ही नंबर दूसरी तरफ से बाहर आता हूं? अगर मैं कुछ को बाहर निकाले बिना इलेक्ट्रॉनों को नहीं रख सकता, तो कैपेसिटर उन्हें कैसे स्टोर कर सकता है?


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मुझे काम पर एक सोफ़िस्ट देखना पसंद है।
JIm डियरडेन

यदि आप विकिपीडिया में जानकारी की खराब गुणवत्ता के बारे में एक बिंदु बनाने की कोशिश कर रहे हैं, तो मेरी इच्छा है कि आपने इसे और अधिक सीधे किया होगा। कैज़ुअल रीडर (और यहां बहुत से हैं) मान लेंगे कि विकिपीडिया प्रविष्टि सही है और किसी कारण से "आप इसे प्राप्त नहीं करते हैं"।
जो हस

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@JoeHass मैं आपको 100 चीजें उद्धृत कर सकता हूं जो विकिपीडिया नहीं हैं जो "स्टोरिंग चार्ज" के बारे में बात करते हैं। मैंने कभी भी उस उपयोग को नहीं सुना है, या इसका उपयोग स्वयं नहीं किया है, आप एक चट्टान के नीचे रह रहे होंगे, या भूल गए होंगे कि इलेक्ट्रॉनिक्स सीखना क्या है।
फिल फ्रॉस्ट

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मैंने इसका उपयोग किया है, मैं अभी भी इसका उपयोग करता हूं, लेकिन जब भी मैं कैपेसिटर के बारे में बात करता हूं तो मैं इस बात पर जोर देने की कोशिश करता हूं कि हम अक्सर अपनी भाषा में लापरवाह होते हैं, जब हम कैपेसिटर के भंडारण चार्ज के बारे में बात करते हैं तो यह कहना सही है कि वे ऊर्जा स्टोर करते हैं। मेरी कई बुरी आदतें हैं और यह उनमें से एक है ... हमें हमेशा नए लोगों के लाभ के लिए सही भाषा का उपयोग करने की कोशिश करनी चाहिए जो यह नहीं जानते कि हम "वास्तव में" क्या कहते हैं। क्या हम बेहतर होने की आकांक्षा नहीं कर सकते?
जो हस

जवाबों:


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यह आसान है। एक संधारित्र चार्ज नहीं करता है , यह ऊर्जा संग्रहीत करता है । एक पूर्ण संधारित्र (एकल प्लेट या इन्सुलेटर पर विचार करने के बजाय) में शुद्ध शुल्क कभी नहीं बदलता है। एक प्लेट पर नकारात्मक चार्ज की वृद्धि दूसरी प्लेट पर नकारात्मक चार्ज में कमी से बिल्कुल संतुलित है। इसलिए, जैसा कि वर्तमान एक टर्मिनल में प्रवेश करता है एक बराबर वर्तमान को दूसरे टर्मिनल को छोड़ना चाहिए।


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सटीक; चार्ज को एक चार्ज कैपेसिटर में अलग किया जाता है , अर्थात, इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट के माध्यम से एक प्लेट से दूसरी प्लेट में 'पंप' किया जाता है।
अल्फ्रेड सेंटॉरी

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(+1) काश मैं इसे +10 तक बढ़ा पाता! यह कैपेसिटर के बारे में सबसे आम गलत धारणा में से एक है! मैंने पाया है कि "चार्ज स्टोरेज" बीएस सभी प्रकार के दस्तावेजों में: हाई स्कूल वाले से लेकर वैज्ञानिक कागजात तक! मुझे लगता है कि अधिकांश भ्रम इस बात पर है कि इलेक्ट्रोस्टैटिक्स आमतौर पर कैसे सिखाए जाते हैं: पहले यह बताएं कि एक धातु शरीर कैसे चार्ज कर सकता है, फिर संधारित्र का परिचय दें, यह समझाते हुए कि सामान्य ऑपरेशन में कोई भी एक प्लेट पर केवल एक चार्ज नहीं डालता है !
लोरेंजो डोनाटी - कोडिडैक्ट.ऑर्ग ३०'१६ को २:५ati

चार्ज संधारित्र के साथ मामला क्या है? संधारित्र के माध्यम से वर्तमान प्रवाह क्यों नहीं होता है?
गीगा-बाइट

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यह एक तरह का कार्टून संस्करण है, लेकिन यह मेरे सिर में काम करता है।

संधारित्र में एक इन्सुलेट अंतराल है, इसलिए व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन एक टर्मिनल से दूसरे तक नहीं जा सकते हैं । तो इलेक्ट्रॉनों में वही नहीं जा रहे हैं जो दूसरे पक्ष से बाहर आ रहे हैं! इसके बजाय, आने वाले इलेक्ट्रॉन एक प्लेट पर "बंद" करते हैं। लेकिन उस इलेक्ट्रॉन का विद्युत क्षेत्र दूसरी तरफ से एक इलेक्ट्रॉन को पीछे धकेलता है, जो दूसरी प्लेट से बाहर निकलता है, अंततः स्रोत तक पहुंचता है। हमारे पास एक पूर्ण सर्किट है, लेकिन इलेक्ट्रॉन एक प्लेट पर निर्माण कर रहे हैं, और छेद दूसरे पर बना रहे हैं!

अब, प्लेट पर कितने इलेक्ट्रॉनों का निर्माण हो सकता है, इसकी एक सीमा है। इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को पीछे हटाते हैं, इसलिए जितने अधिक होते हैं, उतने ही कठिन होते हैं कि एक दूसरे से चिपके रहते हैं। हमें कुछ ऐसा चाहिए जो उन्हें एक साथ प्लेट पर रहने के लिए मजबूर करे। वह वोल्टेज है। इसके विपरीत, यह तथ्य कि इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को पीछे हटाने की कोशिश कर रहे हैं, वह भी एक वोल्टेज है, एक सर्किट के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने का प्रयास करने वाला बल।

अब, जब एक आवक इलेक्ट्रॉन दूसरी प्लेट से एक ढीला छोड़ता है, तो आने वाले इलेक्ट्रॉन में आने वाले की तुलना में कम ऊर्जा होती है, जो चार्ज किए गए संधारित्र में वोल्टेज ड्रॉप के लिए खाता है।

बेशक, इलेक्ट्रॉनों को अभी भी धारण नहीं किया गया है, भले ही उनके लिए मैक्रो पैमाने पर कहीं भी न हो। वे सभी एक दूसरे को दोहरा रहे हैं, एक दूसरे के विद्युत क्षेत्र से "उछल" रहे हैं। यदि वे क्षेत्र बहुत अधिक तीव्र हो जाते हैं (वोल्टेज बहुत अधिक हो जाता है), तो परस्पर क्रिया प्लेटों के बीच ढांकता हुआ अवरोध को भेदने के लिए एक इलेक्ट्रॉन का कारण बन सकती है। जब प्लेटों में वोल्टेज बहुत अधिक हो जाता है, तो कैप का रिसाव चालू हो जाता है। और अगर यह बहुत लंबा हो जाता है, तो ढांकता हुआ क्षतिग्रस्त हो जाता है, और आपके पास बहुत अच्छी टोपी नहीं है।


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यह एक सवाल है कि संधारित्र में वे कूपोम कहां हैं। एक डिस्चार्ज किए गए कैप में प्रत्येक प्लेट पर लगभग बराबर इलेक्ट्रॉनों की संख्या होती है, इसलिए प्लेटें विद्युत रूप से तटस्थ होती हैं। एक चार्ज कैप में दूसरे की तुलना में एक प्लेट पर अधिक इलेक्ट्रॉन होते हैं, क्योंकि वे चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान माइग्रेट करते थे। हाइड्रो समतुल्य होगा एक पतली झिल्ली द्वारा अलग किए गए दो पूलों के साथ, जिनमें से प्रत्येक में एक गैलन पानी होता है। जब वे समान होते हैं, तो झिल्ली पर कोई बल नहीं होता है। लेकिन उस पानी को पूल में से एक में पंप करें, और अब झिल्ली पर एक बल है, भले ही पानी की समान मात्रा हो।
स्टीफन कोलिंग्स

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@PhilFrost, अगर यह एक प्लेट पर 1 C ऋणात्मक आवेश को संग्रहीत करता है, तो यह सही है कि एक ही समय में यह 1 C को दूसरे पर धनात्मक आवेश का संचय भी करता है। यदि आप इस "स्टोरिंग चार्ज" को कॉल नहीं करना चाहते हैं, तो आपका स्वागत है कि आप जो चाहें उसे कॉल करें। लेकिन बाकी इलेक्ट्रॉनिक्स दुनिया ने फैसला किया है कि यह "स्टोरिंग" शब्द का उपयोग करने वाला एक वैध है और कोई भी आपको समझने वाला नहीं है जब आप कहते हैं कि कैपेसिटर इसके बजाय "ज़ोंकोलाइज़" चार्ज करते हैं।
फोटॉन

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@ ThePhoton अच्छी बात! आपको उत्तर लिखना चाहिए।
फिल फ्रॉस्ट

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कोई तर्क दे सकता है कि यह संधारित्र नहीं है जो स्टोरेज चार्ज करता है, यह व्यक्तिगत प्लेट है जो स्टोर चार्ज करता है। मुझे संदेह है कि हमने कहां से शुरुआत की है, और यह एक भाषाई आशुलिपि बन गई है।
स्टीफन कोलिंग्स

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@ ThePhoton, इसीलिए मैं कहता हूँ कि, एक संधारित्र में, चार्ज को स्टोर करने के बजाय अलग किया जाता है । एक संधारित्र, एक सर्किट संदर्भ में, विद्युत रूप से तटस्थ है, इसलिए यह वास्तव में नहीं कहा जा सकता है कि यह इलेक्ट्रिक चार्ज को संग्रहीत करता है लेकिन, यह वास्तव में कहा जा सकता है कि चार्ज को अलग कर दिया गया है ( प्लेट पर एक चार्ज और चार्ज पर अन्य प्लेट)। जबकि "जो जानते हैं" कम या ज्यादा समझते हैं कि "चार्ज संग्रहीत" का अर्थ है "एक प्लेट पर चार्ज दूसरी प्लेट द्वारा संतुलित", उन "नहीं पता" में भ्रम की संभावना अधिक है, इस "स्टोरिंग चार्ज" द्वारा वाक्यांश, प्रबुद्ध की तुलना में। QQQ
अल्फ्रेड सेंटॉरी

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चार्ज का मतलब बहुत सारी चीजें हो सकती हैं। हम ऊर्जा के साथ संधारित्र चार्ज करने के बारे में बात कर सकते हैं, जैसे हम बम, या प्रीपेड क्रेडिट कार्ड चार्ज करते हैं। हम इलेक्ट्रिक चार्ज के बारे में भी ले सकते हैं , जिसे कप्लम्स में मापा जाता है।

लगभग 6.241 × 10 18 इलेक्ट्रॉन वास्तव में 1C आवेश बनाते हैं। हालांकि, जब लोग संधारित्र में चार्ज के बारे में बात करते हैं , तो वे एक संधारित्र में इलेक्ट्रॉनों के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, जैसे कि एक कुकी जार में कुकीज़ के बारे में बात करेंगे। वे कुछ और बात कर रहे हैं। यह भ्रामक है, लेकिन यह है कि वे वैसे भी क्या करते हैं।

वे वास्तव में जिस बारे में बात कर रहे हैं वह वर्तमान का अभिन्न अंग है। यही है, इसका मतलब है कि वर्तमान प्रवाह जो बह रहा है, वह कितनी देर से बह रहा है। यदि करंट को एम्पीयर और सेकंड में समय में मापा जाता है , तो जब आप वर्तमान लेते हैं और इसे समय से गुणा करते हैं, तो आपको एम्पीयर-सेकंड में मापी गई चीज़ मिलती है। और, यदि आप याद करते हैं, तो एक एम्पीयर का अर्थ है एक प्रति सेकंड एक सेलोम्ब। इस प्रकार:

A=1Cs1As=1Css=1C

अर्थात्, एक एम्पीयर-सेक एक युग्मनज है। वर्तमान का अभिन्न प्रभार है । इसलिए जब कोई कहता है कि एक संधारित्र "चार्ज का 1C स्टोर कर रहा है", तो उनका मतलब यह नहीं है कि संधारित्र में इलेक्ट्रॉनों का 1C है, उनका मतलब है कि संधारित्र के माध्यम से 1C आवेश पारित हो गया है । संधारित्र "भंडारण" है, इस अर्थ में कि यह 1C चार्ज करने के लिए दूसरे रास्ते को वापस धकेलने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है।


अजीब तरह से पर्याप्त है, आप इसे चार्ज करके एक प्रीपेड क्रेडिट कार्ड का बैलेंस बढ़ाते हैं, और आप इसे चार्ज करके शेष राशि को भी कम कर देते हैं।
user253751

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चार्ज स्टोरेज डिवाइस की तुलना में ऊर्जा संचय उपकरण के रूप में संधारित्र के बारे में सोचना बेहतर है। जब संधारित्र में विद्युत प्रवाह होता है, तो टर्मिनलों पर एक वोल्टेज जमा होता है। यह वोल्टेज प्लेटों के बीच की दूरी से अलग हो जाता है और इस प्रकार एक विद्युत क्षेत्र बनाता है। यह फ़ील्ड वह जगह है जहाँ ऊर्जा संग्रहीत होती है। दूसरी ओर, इंडेक्टर्स, चुंबकीय क्षेत्रों के साथ ऊर्जा का भंडारण करते हैं।

वर्तमान प्रवाह के रूप में, संधारित्र के प्रत्येक विपरीत प्लेट पर विपरीत चार्ज जमा होते हैं। इलेक्ट्रॉन सर्किट के चारों ओर जाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन वे संधारित्र की प्लेट पर रुक जाते हैं, जिससे एक तरफ नकारात्मक चार्ज और दूसरी तरफ एक सकारात्मक चार्ज होता है। प्रत्येक आवेश के परिमाण को समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है:

सी = क्यू / वी

करंट प्रवाहित होता रहेगा और संधारित्र के साथ परिपथ स्थिर होने तक चार्ज जमा होता रहेगा। उदाहरण के लिए, यदि सर्किट बस एक बैटरी, एक रोकनेवाला, और श्रृंखला में एक संधारित्र था, तब तक प्रवाह जारी रहेगा जब तक कि संधारित्र वोल्टेज बैटरी वोल्टेज के बराबर नहीं था। इस प्रकार, एक स्थिर-राज्य डीसी सर्किट में, जहां कोई धाराएं नहीं बदल रही हैं, एक संधारित्र एक खुले सर्किट के रूप में दिखाई देता है जिसमें टर्मिनलों और समाई के पार वोल्टेज के लिए आनुपातिक चार्ज होता है।

हालांकि, किसी भी सर्किट के लिए जो डीसी नहीं है, कैपेसिटर के व्यवहार का वर्णन करने का एक बेहतर तरीका है:

I = C * (dV / dt)

इसलिए, यदि आपके पास साइन वेव वोल्टेज स्रोत है, तो संधारित्र "प्रवाह" के माध्यम से संधारित्र लगातार बदल रहा है और संचित चार्ज कभी स्थिर नहीं होता है। एक पूर्ण पानी की बोतल को आगे-पीछे करने की कल्पना करें। डीसी सर्किट में करंट की तरह पानी लगातार नहीं बह रहा है, लेकिन यह अभी भी काम कर रहा है। यदि आपके पास पानी की बोतल में कुछ विचित्र टरबाइन उपकरण होता है, तो यह लगातार घूमता रहेगा, केवल दिशा बदलने के लिए रुकने पर बोतल को दूसरे तरीके से इत्तला दी जाती है।

अंत में, एक डीसी सर्किट में, संधारित्र के प्रत्येक पक्ष प्लेट पर समान और विपरीत शुल्क जमा होते हैं। संधारित्र इलेक्ट्रॉनों को बिल्कुल भी संग्रहीत नहीं करता है। यह एक चार्ज स्टोर करता है। एक तरफ से इलेक्ट्रॉनों सर्किट के चारों ओर एक बाहरी वोल्टेज अंतर से उकसाया जाता है। परिणाम एक तरफ इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता और दूसरी तरफ एक अनुपस्थिति है, एक चार्ज। एक एसी सर्किट में, यह एक ही घटना होती है, लेकिन लगातार बदल रही है। जैसे ही आपूर्ति वोल्टेज में परिवर्तन होता है, इलेक्ट्रॉनों को प्लेटों के समान आकर्षित नहीं किया जाता है और जुटना शुरू होता है। यदि ये इलेक्ट्रॉनों को एक लाइटबल्ब की तरह लोड से गुजरना होता है, तो वे काम करेंगे और लाइटबुल चालू हो जाएगा। इस प्रकार, वर्तमान वास्तव में सर्किट के आसपास नहीं बह रहा है। यह बस एक बोतल में पानी की तरह आगे और पीछे खिसका होता है। तथापि, बल्ब को स्थानांतरित करने के लिए सभी इलेक्ट्रॉनों को ले जाता है। बल्ब परवाह नहीं करता है कि वे किस तरीके से आगे बढ़ रहे हैं, और आपकी आंखें दिशा में परिवर्तन को तब तक नहीं देख सकती हैं जब तक कि स्विचिंग गति काफी तेज हो।

मैं यह भी नोट करना चाहूंगा कि हम आदर्श कैपेसिटर के बारे में बात कर रहे हैं। व्यवहार में, उच्च पर्याप्त आवृत्तियों पर, कैपेसिटर इंडोरर्स (V = L * (di / dt)) की तरह दिखाई देंगे।

संपादित करें:

विशिष्ट प्रश्न का उत्तर देने के लिए: संधारित्र में आवेश कहाँ संग्रहीत होता है?

एक पूर्ण संधारित्र के भीतर, कोई शुद्ध शुल्क जमा नहीं होता है। हालांकि, समानांतर प्लेट मॉडल का उपयोग करके, प्रत्येक प्लेट पर परिमाण क्यू के बराबर और विपरीत शुल्क स्थित हैं। जब एक बाहरी वोल्टेज को संधारित्र पर लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन प्लेट से एक उच्च क्षमता के साथ भाग जाते हैं और कम क्षमता वाली प्लेट से आकर्षित होते हैं। ये संचित इलेक्ट्रॉन उस प्लेट पर एक नकारात्मक चार्ज बनाते हैं और दूसरे प्लेट से इलेक्ट्रॉनों की अनुपस्थिति एक सकारात्मक चार्ज बनाती है। प्रत्येक का वास्तविक परिमाण, कुल आवेश Q वोल्टेज V और धारिता C से निर्धारित होता है।


मैं उलझन में हूं। आप कहते हैं "संधारित्र इलेक्ट्रॉनों को बिल्कुल भी संग्रहीत नहीं करता है। यह एक चार्ज को संग्रहीत करता है"। लेकिन आप यह भी कहते हैं कि "सी = क्यू / वी", और क्यू यहां एक चार्ज नहीं है , लेकिन चार्ज , कूपोम में। यदि सी = 1 एफ और वी = 1 वी, तो क्यू = 1 सी। इलेक्ट्रॉनों का मेरा 1C कहां है? क्या समान और विपरीत शुल्क केवल डीसी सर्किट में संग्रहीत हैं?
फिल फ्रॉस्ट

जब मैं कहता हूं कि यह इलेक्ट्रॉनों को संग्रहीत नहीं करता है, तो मैं यह कहने की कोशिश कर रहा हूं कि सर्किट में कोई नया इलेक्ट्रॉन पेश नहीं किया गया है। क्या हुआ है कि इलेक्ट्रॉनों को समान रूप से कैपेसिटर (कोई शुल्क नहीं) की दोनों प्लेटों पर वितरित किया गया था। फिर, जब एक वोल्टेज सर्किट में लगाया जाता है, तो एक तरफ से इलेक्ट्रॉनों को दूसरी तरफ ले जाया जाता है। Q दोनों तरफ आवेश की भयावहता को दर्शाता है। यह घटना एसी सर्किट के साथ भी होती है। हालाँकि, यह हमेशा बदलता रहता है। एक बैंक खाते के बारे में सोचो। यह पैसे जमा करता है। हालाँकि, यह जितना धन संग्रहीत कर रहा है, वह हमेशा बदलता रहता है।
जस्टिन ट्रेज़ेइक

लेकिन एक बैंक खाते में, मैंने पैसे डाल दिए, और फिर खाते में मेरे द्वारा शुरू किए गए धन की तुलना में बहुत अधिक पैसा है। फिर, मैं पैसे वापस लेता हूं। मैं देख रहा हूं कि आप क्या कह रहे हैं, "संग्रहीत प्रभार" वास्तव में प्रत्येक प्लेट पर समान और विपरीत शुल्क है, लेकिन मुझे लगता है कि इसका उत्तर अधिक स्पष्ट बनाने के लिए संपादित किया जा सकता है। सवाल यह नहीं है कि कैपेसिटर क्या हैं, वे कैसे काम करते हैं, या वे क्या करते हैं, लेकिन बस इसके बारे में कि "चार्ज कहाँ संग्रहीत है"।
फिल फ्रॉस्ट
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