ধারক

ক্যাপাসিটর

ধারক বা ক্যাপাসিটর একটি বৈদ্যুতিক যন্ত্রাংশ যা সার্কিটে বিদ্যুৎ সংরক্ষণের আধার হিসেবে কাজ করে। ক্ষেত্রবিশেষে এটা উচ্চ ও নিম্ন তরঙ্গের জন্য ছাকনি (filter)হিসেবে কাজ করে। পূর্বে একে কনডেনসার বলে অভিহিত করা হত। কারণ, প্রথমে বিজ্ঞানীগণ ভেবেছিলেন, ধারকে তড়িৎ একেবারে জমাট বেঁধে যায়। কিন্তু পরে জানা যায় যে এখানে তড়িৎ জমে যায় না; শুধু আধান সঞ্চিত হয় এবং প্রয়োজনানুযায়ী ব্যবহার করা যায়।

দুইটি পরিবাহী পাতের মাঝে একটি ডাই-ইলেকট্রিক অপরিবাহী পদার্থ নিয়ে এটি গঠিত। ডাই-ইলেকট্রিক এমন একটি পদার্থ যা বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের প্রভাবে পোলারায়িত হতে পারে। এ পদার্থ হতে পারে বা কাচ, সিরামিক, প্লাস্টিক বা শুধুই বাতাস।

ধারকত্ব

ধারকত্ব হল কোন নির্দিষ্ট বিভব পার্থক্যে সঞ্চিত তড়িৎ আধানের পরিমাপ। তড়িৎ আধান সঞ্চয়ের জন্য দুই পাত বিশিষ্ট ধারক সর্বাধিক প্রচলিত। যদি ধারকের পাতদ্বয়ে আধানের পরিমাণ যথাক্রমে +Q ও -Q এবং পাতদ্বয়ের বিভব পার্থক্য V হয়, তবে ধারকত্ব $C={\frac {Q}{V}}$

ধারকত্বের এসআই একক হল ফ্যারাড। ১ ফ্যারাড = ১ কুলম্ব প্রতি ভোল্ট।

শক্তি

সমান্তরাল পাত ধারকে ধনাত্মক ও ঋণাত্মক আধানের পৃথকীকরণ। মাঝের ডাই-ইলেকট্রিক পদার্থ (কমলা) ধারকত্ব বৃদ্ধি করে

ধারক চার্জ করতে কৃতকাজ ধারকে সঞ্চিত শক্তির সমান। ধারক চার্জ করার অর্থ হল ধারকের দুই পাতের মধ্যে বিভব পার্থক্য সৃষ্টি করা। ধরা যাক C ধারকত্ববিশিষ্ট কোন ধারকের দুই পাতে যথাক্রমে +q ও -q আধান সঞ্চিত আছে। V = q/C বিভব পার্থক্যে অতিক্ষুদ্র আধান $\mathrm {d} q$ ধারকের এক পাত হতে অপর পাতে নিতে কৃতকাজ $\mathrm {d} W$:

$\mathrm {d} W={\frac {q}{C}}\,\mathrm {d} q$

যেখানে,

W হল কৃতকাজ যার একক জুল।

q হল আধান যার একক কুলম্ব।

C হল ধারকত্ব যার একক ফ্যারাড।

উপরিউক্ত সমীকরণটি যোগজীকরণের মাধ্যমে ধারকে সঞ্চিত শক্তি নির্ণয় করা যায়। প্রাথমিক অবস্থায় ধারকের পাতদ্বয় আধানহীন (q=০)। এক পাত হতে আরেক পাতে আধান নিয়ে পাতদ্বয়কে যথাক্রমে +Q and -Q আধানে আধায়িত করতে কৃতকাজ W:

$W_{charging}=\int _{0}^{Q}{\frac {q}{C}}\,\mathrm {d} q={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}={\frac {1}{2}}CV^{2}=W_{stored}$

ধারকের ব্যবহারিক একক

চিত্র-১.৪: ক্যাপাসিটরের প্রতীক

প্রত্যেক বস্তুরই আধান ধারণের একটি নির্দিষ্ট সামর্থ্য আছে । আধান ধারণ করার সামর্থ্য বা ক্ষমতাকে ধারকত্ব বা ক্যাপাসিট্যান্স(Capacitance) বলে। কোনো পরিবাহীতে আধানের পরিমাণ বৃদ্ধি করলে বিভব বৃদ্ধি পায়। আধান এবং বিভব পরস্পরের সমানুপাতিক।

ধারকত্বের সংজ্ঞা

কোনো ধারকের বিভব এক একক বৃদ্ধি করতে যে পরিমাণ আধানের প্রয়োজন হয়, তাকে উক্ত ধারকের ক্যাপাসিট্যান্স বা ধারকত্ব বলে। একে C দ্বারা প্রকাশ করা হয়। ধারকত্ব ধারকের আকার, মাধ্যমের প্রকৃতি এবং অন্য বস্তুর সান্নিধ্যের উপর নির্ভর করে।

ধারকত্বের এসআই একক

ধারকত্বের স্থির বিদ্যুৎ একক ছোট এবং বিদ্যুৎ চুম্বকীয় একক বড় হওয়ায় ব্যবহারিক কাজের সুবিধার জন্য বিখ্যাত বিজ্ঞানী মাইকেল ফ্যারাডে ধারকত্বের আরও একটি একক প্রচলন করেন। ফ্যারাডের নাম অনুসারে ধারকত্বের এ এসআই এককের নাম হয় ফ্যারাড (Farad) ।

ফ্যারাড

কোনো ধারকের বিভব এক একক বৃদ্ধি করতে যদি এক কুলম্ব আধানের প্রয়োজন হয়, তবে এর ধারকত্বকে এক ফ্যারাড বলে। একে সংক্ষেপে F দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

ধারকত্বের ব্যবহারিক একক

ব্যবহারিক ক্ষেত্রে ফ্যারাড খুব বড় হয় বলে এর ১০ লক্ষ ভাগের এক ভাগকে ধারকত্বের আর একটি নতুন একক ধরা হয়। এর নাম মাইক্রো-ফ্যারাড । একে সংক্ষেপে μF দ্বারা প্রকাশ করা হয় ।

• ১ ফ্যারাড (F) = ১০^৬ মাইক্রো-ফ্যারাড (μF)
• ১ মাইক্রো-ফ্যারাড (μF) = ১০^−৬ ফ্যারাড (F)

এছাড়াও ন্যানো-ফ্যারাড (nF) এবং পিকো-ফ্যারাড (pF) নামে আরও ব্যবহারিক একক আছে । পিকো-ফ্যারাড (pF) কে মাইক্রো-মাইক্রো-ফ্যারাড (μμF) ও বলা হয় ।

• ১ ফ্যারাড (F) = ১০^৯ ন্যানো-ফ্যারাড (nF)
• ১ ন্যানো-ফ্যারাড (nF) = ১০^−৯ ফ্যারাড (F)
• ১ ফ্যারাড (F) = ১০^১২ পিকো-ফ্যারাড (pF)
• ১ পিকো-ফ্যারাড (pF) = ১০^−১২ ফ্যারাড (F)

ক্যাপাসিটর গ্রুপিং

সমতুল্য ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স বাড়ানো বা কমানোর জন্য ক্যাপাসিটর এর গ্রুপিং করা হয়। ক্যাপাসিটর গ্রুপিং এর ধরনের উপর ক্যাপাসিট্যান্স নির্ভর করে। ক্যাপাসিটর গ্রুপিং এর শ্রেণিবিভাগ: প্রয়োজন অনুসারে মোট ক্যাপাসিট্যান্স এর মান বাড়ানো বা কমানোর জন্য দুইটি পদ্ধতিতে ক্যাপাসিটরের গ্রুপিং করা হয়।

• সিরিজ গ্রুপিং
• প্যারালাল গ্রুপিং

সিরিজ গ্রুপিংয়ে একাধিক ক্যাপাসিটরের মোট ক্যাপাসিট্যান্স: যখন কতকগুলো ক্যাপাসিটরকে এমনভাবে সংযোগ করা হয় যে, ১ম টির ২য় প্রান্ত, ২য় টির ১ম প্রান্তের সাথে, পর পর এভাবে যুক্ত থাকে এবং ১ম ক্যাপাসিটরের ১ম প্রান্ত ও শেষ ক্যাপাসিটরের ২য় প্রান্ত সাপ্লাইয়ের সাথে যুক্ত থাকে, তখন সে সংযোগকে সিরিজ গ্রুপিং বলা হয়। সার্কিটের প্রয়োজনে উচ্চ বিভব পার্থক্য সৃষ্টির জন্য ক্যাপাসিটরের সিরিজ গ্রুপিং বা শ্রেণি সংযোগ করা হয়। সিরিজে সংযুক্ত প্রতিটি ক্যাপাসিটরের আড়াআড়ি ভোল্টেজ আলাদা এবং চার্জ একই থাকে, যা ক্যাপাসিট্যান্স এর উপর নির্ভর করে। যদি, আড়াআড়ি ভোল্টেজ=V এবং চার্জ=Q ধরা হয়। তাহলে,Q=CV সেই অনুসারে,V₁ =${\frac {Q}{C_{1}}}$ এবংV₂ =পার্স করতে ব্যর্থ (সিনট্যাক্স ত্রুটি): {\displaystyle \frac{Q}{C_2}</ math>''' তাহলে,'''V=V₁+V<sub>2</ sub>=<math>\frac{Q}{C_1}+\frac{Q}{C_2}</ math>''' => '''V=Q [<math>\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}</ math>] => <math>\frac{V}{Q}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}</ math>''' বা, '''<math>\frac{1}{C_s }=\frac{1}{C_1 }+\frac{1}{C_2 }} যখন, C_s সিরিজ সংযোগের সমতুল্য ক্যাপাসিট্যান্স। এভাবে, n সংখ্যক ক্যাপাসিটরের জন্য সিরিজ সমতুল্য ক্যাপাসিট্যান্স, ${\frac {1}{C_{s}}}={\frac {1}{C_{1}}}+{\frac {1}{C_{2}}}+...+{\frac {1}{C_{n}}}$ ক্যাপাসিটরের সিরিজ গ্রুপিং বা শ্রেণি সমবায়ের ক্ষেত্রে,

• সমতুল্য ক্যাপাসিট্যান্স কমে যায়, কিন্তু

এতে উচ্চ বিভব পার্থক্য সৃষ্টি করা যায়।

• সমতুল্য ক্যাপাসিট্যান্সের বিপরীত মান,

সংযুক্ত ক্যাপাসিটর সমূহের বিপরীত মানের পৃথক পৃথক যোগফলের সমান।

প্রকারভেদ

বিভিন্ন ধরনের ক্যাপাসিটর

• ইলেকট্রোলাইটিক ধারক: উচ্চ ধারকত্ব-র জন্য এই ধারক সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়। রেডিও-র ফিল্টার বাইপাস সার্কিটে ব্যবহৃত হলেও AC সার্কিটে ব্যবহার করা যায় না।
• সিরামিক ধারক: এতে সিরামিক ডাই-ইলেক্ট্রিক হিসেবে ব্যবহৃত হলেও এদের ধারকত্ব খুবই কম। মাত্র 1pF থেকে 100pF এবং সর্বোচ্চ সহনীয় ক্ষমতা ৫০০ ভোল্ট পর্যন্ত। মূলত কাপলিং-ডিকাপলিং বাইপাস সার্কিটের এটি ব্যবহৃত হয়।
• পরিবর্তনশীল বায়ু ধারক: এর মান প্রয়োজনমত বাড়ানো এবং কমানো যায়। এতে অনেকগুলো অর্ধবৃত্তাকার সমান্তরাল অ্যালুমিনিয়ামের পাত দুভাগে ভাগ করে বসান থাকে। পাতগুলোর মাঝে বায়ু ডাই-ইলেক্ট্রিক মাধ্যম হিসেবে কাজ করে। টিউনিং সার্কিট হিসেবে এদের ব্যবহার করা হয়।

ব্যবহার

• মূলত চার্জ সংরক্ষণ করার কাজে ব্যবহৃত হয়।
• বিভিন্ন বর্তনীতে ধারক ফিল্টার হিসাবে ব্যবহার করা হয়। কারণ ধারক একমুখী তড়িৎ প্রবাহকে বাধা দেয় কিন্তু দিক পরিবর্তী প্রবাহকে তার মধ্য দিয়ে সঞ্চালিত হতে দেয়।
• বিভিন্ন গ্রাহক বর্তনীতে তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ ধরার জন্য বা টিউন করার জন্য ধারক ব্যবহার করা হয়।

ক্যাপাসিটর পাওয়ার সাপ্লাই

চিত্র:ক্যাপাসিটর পাওয়ার সাপ্লাই এর সার্কিট ডায়াগ্রাম

ছোট কাজের জন্য ট্রান্সফর্মারের বিকল্প হিসাবে ক্যাপাসিটর দিয়ে তৈরি পাওয়ার সাপ্লাই ব্যবহার করা হয় । এক্ষেত্রে সাধারণত 105J 250V এর ক্যাপাসিটর এবং ৪৭০ কিলো-ওহম এর রেজিস্টর ব্যবহৃত হয় । ক্যাপাসিটর টি এসি সাপ্লাইয়ের সাথে সিরিজে সংযোগ থাকে এবং ক্যাপাসিটরের সাথে রেজিস্টরটিও সিরিজে সংযোগ করা হয় । রেক্টিফায়ার এবং ফিল্টার এর মাধ্যমে এসি পাওয়ার কে বিশুদ্ধ ডিসি পাওয়ারে রূপান্তর করে আউটপুট গ্রহণ করা হয়। আউটপুট ভোল্টেজের উপর নির্ভর করে ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স এবং রেজিস্টরের মান নির্ধারণ করা হয় ।

অসুবিধা

• আউটপুট কারেন্টের পরিমাণ অনেক কম হয়।