धारिता: Difference between revisions

सामान्य प्रतीक	C
Si इकाई	farad
अन्य इकाइयां	μF, nF, pF
SI आधार इकाइयाँ में	F = A2 s4 kg−1 m−2
अन्य मात्राओं से ; व्युत्पत्तियां	C = charge / voltage
आयाम	M−1 L−2 T4 I2

Revision as of 11:02, 15 October 2022

कैपेसिटेंस विद्युत कंडक्टर ( इलेक्ट्रिक कंडक्टर) पर संग्रहीत आवेश की मात्रा और विद्युत क्षमता में अंतर का अनुपात है। धारिता के दो प्रकार है जो आपस में एक दूसरे से सम्बंधित है: सेल्फ कैपेसिटेंस (आत्म धारिता) और म्यूचुअल कैपेसिटेंस (पारस्परिक धारिता)।^[1]^{: 237–238} कोई भी वस्तु जिसे विद्युत रूप से चार्ज किया जा सकता है वह आत्म धारिता प्रदर्शित करता है। इस मामले में वस्तु और जमीन के बीच संभावित विद्युत अंतर मापा जाता है। पारस्परिक धारिता को दो कंडक्टरों के बीच मापा जाता है,और यह संधारित्र के संचालन में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, (प्रतिरोधों और प्रारंभ करनेवाला ों के साथ) इस उद्देश्य के लिए एक प्राथमिक रैखिक इलेक्ट्रॉनिक घटक के रूप में उपकरण डिज़ाइन किया गया है। संधारित्र के संचालन को समझने के लिए पारस्परिक धारिता की धारणा विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। एक विशिष्ट संधारित्र में, दो कंडक्टरों का उपयोग इलेक्ट्रिक चार्ज को अलग करने के लिए किया जाता है, जिसमें एक कंडक्टर को धनात्मक रूप से चार्ज किया जाता है और दूसरा ऋणात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, लेकिन सिस्टम का कुल चार्ज शून्य होता है।

धारिता केवल संधारित्र के डिजाइन की ज्यामिति का एक कार्य है, उदाहरण के लिए, प्लेटों का विरोधी सतह क्षेत्र और उनके बीच की दूरी, और प्लेटों के बीच परावैद्युत पदार्थ की पारगम्यता। कई परावैद्युत पदार्थ के लिए, पारगम्यता और धारिता, कंडक्टरों के बीच संभावित विद्युत अंतर और उन पर उपस्थित कुल चार्ज से स्वतंत्र है।

कैपेसिटेंस की एसआई इकाई अंग्रेजी भौतिक वैज्ञानिकमाइकल फैराडे के नाम पर फैराड (प्रतीक: एफ) है। 1 फैराड कैपेसिटर, जब 1 कूलम्ब विद्युत आवेश के साथ आरोपित किया जाता है, तो इसकी प्लेटों के बीच 1 वोल्ट का संभावित अंतर होता है।^[2] धारिता के वुत्पन्न को इलास्टेंस कहा जाता है।

स्व समाई(आत्म धारिता)

विद्युत परिपथ में, धारिता शब्द आमतौर पर दो आसन्न कंडक्टरों के बीच पारस्परिक समाई के लिए एक आशुलिपि (शॉर्टहैंड) है, जैसे कि एक संधारित्र की दो प्लेटें। हालांकि, एक पृथक संधारित्र के लिए, सेल्फ कैपेसिटेंस (आत्म धारिता) नामक एक संपत्ति भी मौजूद है, जो कि विद्युत आवेश की मात्रा है जिसे एक अलग संधारित्र में जोड़ा जाना चाहिए ताकि इसकी विद्युत क्षमता को एक इकाई (यानी एक वोल्ट, अधिकांश माप प्रणालियों में) तक बढ़ाया जा सके।^[3] इस विभव के लिए संदर्भ बिंदु इस क्षेत्र के अंदर केंद्रित संधारित्र के साथ अनंत त्रिज्या का एक सैद्धांतिक खोखला क्षेत्र है।

गणितीय रूप से, एक संधारित्र की सेल्फ कैपेसिटेंस (आत्म धारिता) को परिभाषित किया गया है

C={\frac {q}{V}},

जहाँ पे

q कंडक्टर पर आयोजित शुल्क है,
${\textstyle V={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\int {\frac {\sigma }{r}}\,dS}$ विद्युत क्षमता है,
σ सतह आवेश घनत्व है।
dS कंडक्टर की सतह पर क्षेत्र का एक असीम तत्व है,
r कंडक्टर पर एक निश्चित बिंदु m से ds तक लंबाई है
$\varepsilon _{0}$ वैक्यूम पारगम्यता है

इस पद्धति का उपयोग करते हुए, सेल्फ कैपेसिटेंस (आत्म धारिता) के एक संचालन क्षेत्र की त्रिज्या R है:^[4]

C=4\pi \varepsilon _{0}R

आत्म धारिता के उदाहरण मान हैं:

एक वैन डी ग्राफ जनरेटर की शीर्ष प्लेट के लिए,आमतौर पर एक वृत्त त्रिज्या में 20 सेमी: 22.24 पीएफ,
ग्रह पृथ्वी: लगभग 710 µf।^[5]

एक विद्युत चुम्बकीय कुंडल की अंतर-घुमावदार धारिता को कभी-कभी आत्म धारिता कहा जाता है,^[6] लेकिन यह एक अलग घटना है।यह वास्तव में कॉइल के अलग-अलग मोड़ के बीच पारस्परिक धारिता है और आवारा, या परजीवी समाई (धारिता) का एक रूप है। यह आत्म धारिता उच्च आवृत्तियों के लिए महत्वपूर्ण विचार है: यह कॉइल के विद्युत प्रतिबाधा को बदलता है और समानांतर विद्युत अनुनाद को जन्म देता है। कई अनुप्रयोगों में यह एक अवांछनीय प्रभाव है और परिपथ के सही संचालन के लिए एक ऊपरी आवृत्ति सीमा निर्धारित करता है।^{[citation needed]}

म्यूचुअल कैपेसिटेंस (पारस्परिक धारिता)

ये ,सामान्य रूप एक समानांतर-प्लेट संधारित्र है, जिसमें दो प्रवाहकीय प्लेटें होती हैं,और ये दोनों प्लेट एक दूसरे के ऊपर रखीं होती हैं,आमतौर पर प्लेट एक दूसरे के ऊपर ऐसे रखीं होती है जैसे डाइइलेक्ट्रिक सामग्री उन दोनों प्लेट के बीच में रखा हो। एक समानांतर प्लेट संधारित्र में,धारिता संधारित्र प्लेटों के सतह क्षेत्र के समानुपाती और और दो प्लेट के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

यदि प्लेटों पर आवेश +Q और, -Q हैं, और V प्लेटों के बीच वोल्टेज देता है, तो धारिता को C द्वारा प्रदर्शित किया जाता है।

C={\frac {q}{V}},

जो वोल्टेज और विद्युत धारा में सम्बन्ध प्रदर्शित करता है

i(t)=C{\frac {\mathrm {d} v(t)}{\mathrm {d} t}},

कहाँ पे dv(t)dt वोल्टेज परिवर्तन की तात्कालिक दर है।

एक संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा W के समाकलन द्वारा प्राप्त किया जाता है:

W_{\text{charging}}={\frac {1}{2}}CV^{2}

कैपेसिटेंस मैट्रिक्स (धारिता मैट्रिक्स)

उपरोक्त चर्चा दो संचालन प्लेटों के मामले तक सीमित है, हालांकि मनमानी आकार और आकृति की है। ये परिभाषा $C=Q/V$ तब लागू नहीं है जब दो से अधिक चार्ज किए गए प्लेटें होती हैं , या जब दो प्लेटों पर नेट चार्ज शून्य नहीं होता है। इस मामले को संभालने के लिए, मैक्सवेल ने अपने संभावित गुणांक पेश किए। यदि तीन (लगभग आदर्श) कंडक्टरों को आवेश $upper Q 1 comma upper Q 2 comma upper Q 3$

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

@@ Line 231: / Line 231: @@
 स्पष्ट गणितीय अंतर को संभावित ऊर्जा के रूप में अधिक मौलिक रूप से समझा जाता है, <math>U(N)</math>,कम सीमा n = 1 में एक जुड़े डिवाइस में संग्रहीत संभावित ऊर्जा, एक पृथक डिवाइस (सेल्फ-कैपेसिटेंस/ आत्म धारिता) का दो गुना है। जैसे -जैसे n बढ़ता है, <math>U(N)\to U</math>.<ref name=LaFave-DCD/> इस प्रकार, धारिता को सामान्य रूप से प्रदर्शित किया जाता है
 <math display="block">C(N) = {(Ne)^2 \over U(N)}.</math>
-क्वांटम डॉट्स जैसे नैनोस्केल उपकरणों में, कैपेसिटर अक्सर डिवाइस के भीतर एक पृथक, या आंशिक रूप से पृथक, घटक होता है। नैनोस्केल कैपेसिटर और मैक्रोस्कोपिक (पारंपरिक) कैपेसिटर के बीच प्राथमिक अंतर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों (चार्ज वाहक, या इलेक्ट्रॉनों, जो डिवाइस के इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार में योगदान करते हैं) और धातु इलेक्ट्रोड के आकार और आकार की संख्या हैं। नैनोस्केल उपकरणों में, धातु परमाणुओं से युक्त [[ नैनोवायर ]] आमतौर पर उनके मैक्रोस्कोपिक, या थोक सामग्री, समकक्षों के समान प्रवाहकीय गुणों का प्रदर्शन नहीं करते हैं।
+नैनोस्केल उपकरणों में जैसे क्वांटम डॉट्स, संधारित्र अक्सर डिवाइस के भीतर एक पृथक, या आंशिक रूप से पृथक, घटक होता है। नैनोस्केल संधारित्र और मैक्रोस्कोपिक (पारंपरिक) संधारित्र के बीच प्राथमिक अंतर अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या ( जो डिवाइस के इलेक्ट्रॉनिक व्यवहार में योगदान करते हैं, चार्ज वाहक, या इलेक्ट्रॉन) और धातु इलेक्ट्रोड के आकार और आकृति हैं। नैनोस्केल उपकरणों में, धातु परमाणुओं से युक्त [[ नैनोवायर |नैनोवायर]] आमतौर पर उनके मैक्रोस्कोपिक, या विस्तृत सामग्री में समान चालक गुणों का प्रदर्शन नहीं करते हैं।
-== इलेक्ट्रॉनिक और अर्धचालक उपकरणों में समाई ==
+== इलेक्ट्रॉनिक और अर्धचालक उपकरणों में धारिता ==
-इलेक्ट्रॉनिक और अर्धचालक उपकरणों में, टर्मिनलों के बीच क्षणिक या आवृत्ति-निर्भर धारा में चालन और विस्थापन दोनों घटक होते हैं। वाहक धारा आवेश वाहक आयन (इलेक्ट्रॉनों, होल या कोटर, आयनों, आदि) से संबंधित है, जबकि विस्थापन धारा या समय के साथ परिवर्तित हो रहे विद्युत क्षेत्र के कारण होता है। वाहक परिवहन विद्युत क्षेत्रों से और कई भौतिक घटनाओं से प्रभावित होता है-जैसे कि वाहक बहाव और प्रसार, ट्रैपिंग, इंजेक्शन, संपर्क-संबंधित प्रभाव, प्रभाव आयनीकरण, आदि। परिणामस्वरूप, डिवाइस [[ प्रवेश |प्रवेश]] आवृत्ति-निर्भर है,और एक सामान्य है, और समाई के लिए  एक साधारण इलेक्ट्रोस्टैटिक सूत्र <math>C = q/V,</math> लागू नहीं है।  धारिता की एक अधिक सामान्य परिभाषा, इलेक्ट्रोस्टैटिक फॉर्मूला को शामिल करना, है:<ref name=LauxCapacitance>{{cite journal |first=S.E. |last=Laux |title=Techniques for small-signal analysis of semiconductor devices |journal=IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems |volume=4 |issue=4 |pages=472–481 |doi=10.1109/TCAD.1985.1270145 |date=Oct 1985|s2cid=13058472 }}</ref>
+इलेक्ट्रॉनिक और अर्धचालक उपकरणों में, टर्मिनलों के बीच क्षणिक या आवृत्ति-निर्भर धारा में चालन और विस्थापन दोनों घटक होते हैं। वाहक धारा आवेश वाहक आयन (इलेक्ट्रॉनों, होल या कोटर, आयनों, आदि) से संबंधित है, जबकि विस्थापन धारा, समय के साथ परिवर्तित हो रहे विद्युत क्षेत्र के कारण होता है। वाहक परिवहन विद्युत क्षेत्रों से और कई भौतिक घटनाओं से प्रभावित होता है-जैसे कि वाहक बहाव और प्रसार, ट्रैपिंग, इंजेक्शन, संपर्क-संबंधित प्रभाव, प्रभाव आयनीकरण, आदि। परिणामस्वरूप, डिवाइस [[ प्रवेश |प्रवेश]] आवृत्ति-निर्भर है,और और धारिता के लिए एक साधारण इलेक्ट्रोस्टैटिक सूत्र <math>C = q/V,</math> लागू नहीं है। धारिता की एक अधिक सामान्य परिभाषा, इलेक्ट्रोस्टैटिक फॉर्मूला को शामिल करना, है:<ref name=LauxCapacitance>{{cite journal |first=S.E. |last=Laux |title=Techniques for small-signal analysis of semiconductor devices |journal=IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems |volume=4 |issue=4 |pages=472–481 |doi=10.1109/TCAD.1985.1270145 |date=Oct 1985|s2cid=13058472 }}</ref>
 <math display="block">C =  \frac{\operatorname{Im}(Y(\omega))}{\omega} ,</math>
 कहाँ पे <math>Y(\omega)</math> डिवाइस एडमिटेंस है, और <math>\omega</math> कोणीय आवृत्ति है।
-सामान्य तौर पर, धारिता आवृत्ति का एक फलन है। उच्च आवृत्तियों पर, कैपेसिटेंस एक निरंतर मान  ज्यामितीय समाई के बराबर,तक पहुंचता है, डिवाइस में टर्मिनलों की ज्यामिति और परावैद्युत    सामग्री द्वारा निर्धारित किया जाता है।
+सामान्य तौर पर, धारिता आवृत्ति का एक फलन है। उच्च आवृत्तियों पर, धारिता एक निरंतर मान ज्यामितीय धारिता के बराबर,तक पहुंचता है, डिवाइस में टर्मिनलों की ज्यामिति और परावैद्युत पदार्थ द्वारा निर्धारित किया जाता है।
-स्टीवन लक्स द्वारा प्रस्तुत एक पेपर<ref name=LauxCapacitance />कैपेसिटेंस गणना के लिए संख्यात्मक तकनीकों की समीक्षा प्रस्तुत करता है। विशेष रूप से,कैपेसिटेंस की गणना एक चरण-जैसे वोल्टेज उत्तेजना के जवाब में एक क्षणिक धारा के फूरियर रूपांतरण द्वारा की जा सकती है:
+स्टीवन लक्स द्वारा प्रस्तुत एक पेपर<ref name=LauxCapacitance />कैपेसिटेंस गणना के लिए संख्यात्मक तकनीकों की समीक्षा प्रस्तुत करता है। विशेष रूप से,धारिता की गणना एक चरण-जैसे वोल्टेज उत्तेजना के जवाब में एक क्षणिक धारा के फूरियर रूपांतरण द्वारा की जा सकती है:
 <math display="block">C(\omega) = \frac{1}{\Delta V} \int_0^\infty [i(t)-i(\infty)] \cos (\omega t) dt.</math>

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स्व समाई(आत्म धारिता)

म्यूचुअल कैपेसिटेंस (पारस्परिक धारिता)

कैपेसिटेंस मैट्रिक्स (धारिता मैट्रिक्स)