कैपेसिटर्स – प्रकार, कार्य, समूहन और उपयोग (Capacitors – Types, Functions, Grouping and Uses) 🔌

उद्देश्य (Objectives):

इस पाठ के अंत में आप निम्न बातें सीख पाएंगे:

  • कैपेसिटर (Capacitor), उसकी बनावट (construction) और चार्जिंग (charging) का वर्णन करना।
  • कैपेसिटेंस (Capacitance) और इसे निर्धारित करने वाले कारकों (factors) की व्याख्या करना।
  • कैपेसिटर्स के विभिन्न प्रकार और उनके अनुप्रयोगों (applications) के बारे में बताना।

1. कैपेसिटर (Capacitor) क्या है? 🔋

कैपेसिटर एक passive two-terminal electrical/electronic component है जो electrostatic field के रूप में पोटेंशियल एनर्जी (potential energy) को स्टोर करता है।

  • प्रभाव (Effect): कैपेसिटर के प्रभाव को Capacitance कहा जाता है।
  • बनावट (Construction): इसमें दो कंडक्टिंग प्लेट्स (conducting plates) होती हैं जो एक इंसुलेटिंग मटेरियल (insulating material) द्वारा अलग की जाती हैं, जिसे dielectric (डायाइलेक्ट्रिक) कहा जाता है। सरल शब्दों में, कैपेसिटर इलेक्ट्रिक चार्ज को स्टोर करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक उपकरण है।

निर्माण (Construction): कैपेसिटर एक इलेक्ट्रिकल डिवाइस है जिसमें दो समानांतर कंडक्टिव प्लेट्स (parallel conductive plates) होती हैं, जो एक इंसुलेटिंग मटेरियल (dielectric) द्वारा विभाजित होती हैं। इन प्लेट्स से जुड़ने वाले ‘Connecting leads’ जुड़े होते हैं। (जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है)।

2. कार्य (Function) और क्षमता (Capacitance) ⚙️

  • कार्य (Function): कैपेसिटर में इलेक्ट्रिक चार्ज, दो कंडक्टरों या प्लेटों के बीच electrostatic field के रूप में स्टोर होता है। यह डाईइलेक्ट्रिक मटेरियल की ऊर्जा को विकृत (distort) करने और स्टोर करने की क्षमता के कारण होता है। यह चार्ज तब तक रहता है जब तक इसे किसी रेसिस्टर या तार के माध्यम से डिस्चार्ज न किया जाए।
  • यूनिट (Unit): चार्ज की इकाई Coulomb (कूलम्ब) है और इसे ‘C’ अक्षर से दर्शाया जाता है।
  • कैपेसिटेंस (Capacitance): इलेक्ट्रिक चार्ज के रूप में ऊर्जा स्टोर करने की क्षमता (ability or capacity) को Capacitance कहा जाता है। इसका प्रतीक C है।

कैपेसिटेंस की इकाई (Unit of capacitance): कैपेसिटेंस की मूल इकाई Farad (F) है।

1 Farad वह कैपेसिटेंस है जो 1 Volt पर चार्ज होने पर 1 Coulomb चार्ज स्टोर करता है। दूसरे शब्दों में, Farad = Coulomb per Volt (C/V)।

गणितीय सूत्र (Mathematical Formula): $$C = \frac{Q}{V}$$ (जहाँ C = Capacitance, Q = Charge, V = Voltage)

3. कैपेसिटिव रिएक्टेंस (Capacitive Reactance – $X_C$) 📉

रेसिस्टर्स और इंडक्टर्स की तरह, कैपेसिटर भी AC करंट के प्रवाह (flow) में विरोध (opposition) पैदा करता है। कैपेसिटर द्वारा करंट के प्रवाह में दिए गए इस विरोध को Capacitive Reactance कहा जाता है, जिसे $X_C$ से संक्षिप्त किया जाता है।

सूत्र (Formula): $$X_C = \frac{1}{2\pi fc}$$

4. कैपेसिटेंस को निर्धारित करने वाले कारक (Factors determining capacitance) 📏

कैपेसिटर की कैपेसिटेंस चार मुख्य कारकों पर निर्भर करती है:

  1. Area of the plates (प्लेट्स का क्षेत्रफल): $C \propto A$ (क्षेत्रफल बढ़ने पर कैपेसिटेंस बढ़ता है)।
  2. Distance between the plates (प्लेट्स के बीच की दूरी): $C \propto 1/d$ (दूरी कम होने पर कैपेसिटेंस बढ़ता है)।
  3. Type of dielectric material (डाईइलेक्ट्रिक सामग्री का प्रकार): अलग-अलग मटेरियल की स्टोर करने की क्षमता अलग होती है।
  4. Temperature (तापमान): तापमान भी कैपेसिटेंस को प्रभावित करता है।
  5. Resistance of the plates (प्लेटों का प्रतिरोध)।

5. कैपेसिटर्स के प्रकार (Types of Capacitors) 📁

कैपेसिटर्स कई तरह के आकार और वैल्यू में आते हैं। कुछ Fixed (स्थिर) होते हैं और कुछ Variable (परिवर्तनीय)।

स्थिर कैपेसिटर्स (Fixed Capacitors):

सिरेमिक कैपेसिटर्स (Ceramic Capacitors): 🏺

    • इनमें dielectric constant बहुत अधिक होता है (आमतौर पर 1200)।
    • इसके परिणामस्वरूप, छोटे शारीरिक आकार में उच्च कैपेसिटेंस वैल्यू प्राप्त की जा सकती है।
    • ये सिरेमिक को इंसुलेटर के रूप में और प्लेटों के प्रत्येक तरफ सिल्वर डिपॉजिट का उपयोग करके बनाए जाते हैं।
    • इनका उपयोग कम कैपेसिटेंस वैल्यू के लिए किया जाता है, जैसे कि टीवी सेट के सर्किट में।
    • ये आमतौर पर 1μF से 2.2μF तक और 6 KV तक की वोल्टेज रेटिंग में मिलते हैं।

माइका कैपेसिटर्स (Mica Capacitors): ✨

      • ये दो प्रकार के होते हैं: स्टैक्ड फॉयल (stacked foil) जैसा कि चित्र 2(c) में दिखाया गया है।
      • इसमें मेटल फॉयल और माइका (अभ्रक) की पतली शीट की वैकल्पिक परतें (alternate layers) होती हैं।
      • प्लेट एरिया बढ़ाने और कैपेसिटेंस बढ़ाने के लिए वैकल्पिक फॉयल शीट्स को एक साथ जोड़ा जाता है।

Mica foil-stack को एक insulating material जैसे कि bakelite में encapsulate (बंद) किया जाता है, जैसा कि चित्र (Fig) 2d में दिखाया गया है।

  • Capacitance Value: Mica capacitors की capacitance वैल्यू 1 pF से 0.1 pF (या µF) तक की रेंज में उपलब्ध होती है।
  • Voltage Rating: इनकी वोल्टेज रेटिंग 100 V से 2500 V DC तक होती है।

🔹 Electrolytic Capacitors (इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर) ⚡

Electrolytic capacitors मुख्य रूप से polarised (ध्रुवीकृत) होते हैं, जिसका अर्थ है कि इनकी एक प्लेट positive (+) और दूसरी प्लेट negative (-) होती है।

  • High Capacitance: इन capacitors का उपयोग 200,000μF से अधिक की उच्च capacitance वैल्यू के लिए किया जाता है।
  • Breakdown Voltage: इनका breakdown voltage अपेक्षाकृत कम होता है (सामान्यतः अधिकतम 350 V तक) और इनमें leakage (रिसाव) की मात्रा अधिक होती है।
  • प्रकार (Types): Electrolytic capacitors दो प्रकार के होते हैं:
    1. Aluminium (एल्युमिनियम)
    2. Tantalum (टैंटलम)
  • Construction: एक electrolytic capacitor की मूल संरचना (basic construction) को चित्र 2(e) और (f) में दिखाया गया है।

🔹 Paper/Plastic Capacitors (पेपर/प्लास्टिक कैपेसिटर) 📄

आजकल कई प्रकार के plastic-film capacitors और पुराने paper dielectric capacitors उपयोग किए जाते हैं।

  • Materials: इसमें Polycarbonate, parylene, polyester, polystyrene, polypropylene, mylar और paper जैसे सामान्य dielectric materials का उपयोग किया जाता है।
  • Capacitance: इनमें से कुछ प्रकार के कैपेसिटर्स की वैल्यू 100μF तक हो सकती है।
  • Structure: चित्र 3a कई plastic-film और paper capacitors में उपयोग की जाने वाली एक सामान्य बुनियादी संरचना को दर्शाता है। चित्र 3b एक प्रकार के plastic-film capacitor का construction view दिखाता है।

🔹 Variable Capacitors (वेरिएबल कैपेसिटर) ⚙️

Variable capacitors का उपयोग सर्किट में तब किया जाता है जब capacitance वैल्यू को manually (हाथ से) या automatically (स्वचालित रूप से) एडजस्ट करने की आवश्यकता होती है।

  • उदाहरण: इनका उपयोग मुख्य रूप से Radio या TV tuners में किया जाता है। वेरिएबल या एडजस्टेबल कैपेसिटर के प्रमुख प्रकारों पर नीचे चर्चा की गई है।

📍 Air Capacitor (एयर कैपेसिटर)

Air dielectrics वाले variable capacitors, जैसा कि चित्र 4(b) में दिखाया गया है, कभी-कभी उन applications में tuning capacitors के रूप में उपयोग किए जाते हैं जहाँ frequency selection की आवश्यकता होती है।

  • Construction: इस प्रकार के capacitor का निर्माण कई प्लेटों के साथ किया जाता है जो एक-दूसरे में फिट (mesh) होती हैं। प्लेटों के एक सेट को दूसरे के सापेक्ष (relative) घुमाया जा सकता है, जिससे प्रभावी plate area और capacitance बदल जाती है।
  • Mechanism: घूमने वाली प्लेटें (movable plates) यांत्रिक रूप से एक-दूसरे से जुड़ी होती हैं ताकि जब shaft को घुमाया जाए, तो वे एक साथ हिलें।
  • Symbol: Variable capacitor का schematic symbol चित्र 4(a) में दिखाया गया है।

📊 चार्ट I: कैपेसिटर के प्रकार और उनके रेटिंग्स (Application of Capacitors with Type and Ratings)

नीचे दी गई तालिका विभिन्न प्रकार के कैपेसिटर्स और उनके उपयोग को दर्शाती है:

| प्रकार (Type) | कैपेसिटेंस (Capacitance) | वोल्टेज WVDC (Working voltage DC) | अनुप्रयोग (Applications) | | :— | :— | :— | :— | | डिस्क और ट्यूब सिरेमिक (Disc and tube ceramics) | 1pF – 1μF | 50-500 | सामान्य, VHF (General, VHF) | | पेपर (Paper) | 0.001-1μF | 200-1600 | मोटर्स, पावर सप्लाई (Motors, power supplies) | | पॉलिएस्टर (Polyester) | 0.001-1μF | 100-600 | मनोरंजन- इलेक्ट्रॉनिक्स (Entertainment electronics) | | इलेक्ट्रोलाइटिक-एल्यूमीनियम (Electrolytic-aluminum) | 1-500,000μF | 5-500 | पावर सप्लाई, फिल्टर्स (Power supplies, filters) | | इलेक्ट्रोलाइटिक-टैंटलम (Electrolytic-tantalum) | 0.1-1000μF | 3-125 | कम जगह की आवश्यकता, हाई रिलायबिलिटी (Small space, high reliability) | | माइका (Mica) | 330pF-0.05μF | 50-100 | हाई फ्रीक्वेंसी (High frequency) | | सिल्वर-माइका (Silver-mica) | 5-820pF | 50-500 | हाई फ्रीक्वेंसी (High frequency) | | वेरिएबल-सिरेमिक (Variable-ceramic) | 1-5 to 16-100pF | 200 | रेडियो, टीवी, संचार (Radio, TV, communications) | | एयर (Air) | 10-365pF | 50 | ब्रॉडकास्ट रिसीवर (Broadcast receivers) |

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💡 महत्वपूर्ण बातें (Key Takeaways):

  • Mica: High voltage के लिए उपयुक्त।
  • Electrolytic: High capacitance लेकिन low voltage के लिए।
  • Variable (Air): रेडियो ट्यूनिंग और फ्रीक्वेंसी सिलेक्शन के लिए।

Power : Electrician (NSQF Revised – 2022) – Related Theory for Exercise 1.4.43&44 Page: 81

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आशा है कि यह नोट्स आपके अध्ययन में मददगार साबित होंगे! 📝💡

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