மின்தேக்கிகள்

மின்தேக்கிகள் மற்றும் மின்தேக்குத்திறன்

மின்தேக்கிகள் (Capacitors)

மின்துகள்கள் மற்றும் மின்னாற்றலை சேமிக்க உதவும் கருவியே மின்தேக்கி. அது, சிறிய இடைவெளியில் பிரித்து வைக்கப்பட்ட இரு மின்கடத்துப் பொருள்களால் (பொதுவாக, தட்டுகள் அல்லது தகடுகள்) ஆனது. பல எலக்ட்ரானிய சுற்றுகளிலும், அறிவியல் தொழிநுட்பத் துறைகள் பலவற்றிலும் மின்தேக்கி பரவலாக பயன்படுத்தப்படுகிறது.

ஓர் எளிய மின்தேக்கியில், இரு இணையான உலோகத் தட்டுகள் சிறிய இடைவெளியில் பிரிக்கப்பட்டு உள்ளதை படம் 1.52 (அ) ல் காணலாம்.

மின்தேக்கியை V மின்னழுத்த வேறுபாடு கொண்ட மின்கலனுடன் இணைத்த பின்பு மின்கலனிலிருந்து (மின்தேக்கியின்) ஒரு தட்டிற்கும் இன்னொரு தட்டிலிருந்து மின்கலனுக்குமாக எலக்ட்ரான்கள் இடம்பெயர்வதால், ஒரு தட்டு -Q எதிர் மின்னூட்டமும், இன்னொன்று +Q நேர் மின்னூட்டமும் பெறுகின்றன. தட்டுகளுக்கிடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு மின்கலனின் முனை மின்னழுத்த வேறுபாட்டுக்குச் சமமாகும். இது படம் 1.52 (ஆ) வில் காட்டப்பட்டுள்ளது. மின்கலனின் மின்னழுத்த வேறுபாடு அதிகரிக்கப்பட்டால் தட்டுகளில் சேமிக்கப்படும் மின்துகள்களின் அளவும் அதிகரிக்கும். பொதுவாக, மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்பட்ட மின்துகள்களின் மின்னூட்ட மதிப்பு அதன் தட்டுகளுக்கிடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாட்டுக்கு நேர்த்தகவில் இருக்கும்.

இங்கு C என்ற தகவு மாறிலி. இது மின்தேக்குத்திறன் (Capacitance) எனப்படும். மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன் C என்பது அதன் ஏதேனும் ஒரு மின் கடத்து தட்டில் உள்ள மின்துகள்களின் மின்னூட்ட மதிப்பிற்கும் கடத்திகளுக்கு (தட்டுகளுக்கு) இடையே நிலவும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும் இடையேவுள்ள விகிதம் என வரையறுக்கப்படுகிறது.

மின்தேக்குதிறனின் SI அலகு கூலூம் / வோல்ட் (CV^-1) அல்லது மைக்கேல் பாரடேயின் நினைவாக பாரட் (F) என்றும் குறிக்கப்படுகிறது. பாரட் என்பது மின்தேக்குத் திறனின் மிகப்பெரிய ஓர் அலகு. நடைமுறையில் மைக்ரோபாரட் (1μF = 10^-6 F) முதல் பைக்கோபாரட் (1pF = 10^-12F) வரையிலான மதிப்புகளுடன் மின்தேக்கிகள் கிடைக்கின்றன.

மின்தேக்கி  அல்லது  ஆகிய குறியீடுகளால் குறிப்பிடப்படுகிறது. மின்தேக்கியின் இரு தகடுகளில் சேமிக்கப்படும் மின்துகள்களின் மொத்த மின்னூட்டம் சுழி (Q-Q=0) என்பதைக் கவனிக்கவும். மின்தேக்கி ஒன்றில் மின் துகள்கள் சேமித்து வைக்கப்படுகின்றன என நாம் சொல்லும் போது அதன் ஒரு தட்டில் சேமிக்கப்படும் மின் துகள்களின் மின்னூட்ட அளவையே குறிப்பிடுகிறோம்.

இன்றைய காலகட்டத்தில் மின்தேக்கிகள் பலவித வடிவங்களிலும் (உருளை, வட்டு) வகைகளிலும் (பாண்டலம், பீங்கான், மின்பகு மின்தேக்கிகள்) கிடைக்கின்றன [படம் 1.53]

இணைத்தட்டு மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன்

குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவு A மற்றும் d இடைத்தொலைவினால் பிரித்து வைக்கப்பட்டுள்ள இரு இணைத்தட்டுகளைக் கொண்ட மின்தேக்கியைக் கருதுவோம் [படம் 1.54].

இரு முடிவிலா இணைத் தட்டுகளுக்கிடையில் மின்புலம் சீராகவும்  மதிப்பு கொண்டும்இருக்கும். இங்கு  என்பது தட்டுகளின் மின்னூட்டப்பரப்படர்த்தி  தட்டுகளின் பரப்பளவைக்காட்டிலும் இடைத்தொலைவு d மிகவும் சிறியதாக இருப்பின் (d²<<A), வரம்பிற்குட்பட்ட அளவுகொண்ட (finite sized) இணைத்தட்டு மின்தேக்கிக்கும் கூட மேலே கூறப்பட்ட சமன்பாடு பொருந்தும்.

எனவே தட்டுகளுக்கிடையேயான மின்புலம்

மின்புலம் சீராக இருப்பதால், தட்டுகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு

எனவே மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன்

சமன்பாடு (1.84) ன் படி மின்தேக்குத்திறன் தட்டின் குறுக்குவெட்டுப் பரப்பளவிற்கு நேர்த்தகவிலும் இரு தட்டுகளுக்கிடையேயுள்ள தொலைவிற்கு எதிர்த்தகவிலும் உள்ளது என்பதை அறியலாம். பின்வரும் பகுப்பாய்வின் மூலமும் இதை அறியலாம்.

(i) மின்தேக்கித் தட்டுகளின் பரப்பளவை அதிகரித்தால் அதே மின்னழுத்த வேறுபாட்டில் இன்னும் அதிகளவு மின்துகள்களைப் பரவச் செய்ய இயலும். எனவே, மின்தேக்குத்திறனும் அதிகமாகும்.

(ii) தட்டுகளுக்கு இடையே உள்ள தொலைவு d ஐக் குறைக்கும்போது, E மாறிலி ஆதலால், அவற்றுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடும் (V) குறையும் (V=Ed). இப்போது மின்கலனின் இருமுனைகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு அதிகமாக இருப்பதால், முனைகளின் மின்னழுத்த வேறுபாடும் தட்டுகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடும் சமமாகும் வரை மின்கலத்திலிருந்து தட்டுகளுக்கு மின் துகள்கள் பாயும். மாறாக, தட்டிடைத் தொலைவைக் கூட்டும் போது, மின்தேக்கியின் மின்னழுத்த வேறுபாடும் கூடுவதால் இப்போது அது மின்கலனின் மின்னழுத்தத்தை விட அதிகமாக இருக்கும். இரு மின்னழுத்தங்களும் சமமாகும் வரை மின்தேக்கித் தட்டுகளிலிருந்து மின்கலனுக்கு மின் துகள்கள் பாயும்.

எடுத்துக்காட்டு 1.20

இணைத்தட்டு மின்தேக்கி ஒன்று 5cm பக்கம் கொண்ட இரு சதுரத் தட்டுகளை 1mm இடைவெளியில் கொண்டுள்ளது. (அ) மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறனைக் கணக்கிடு (ஆ) 10 V மின்கலம் ஒன்றை அதனுடன் இணைத்தால், ஒரு தட்டில் சேமிக்கப்படும் மின் துகள்களின் மின்னூட்ட மதிப்பைக் கணக்கிடுக.(∈_{0 =} 8.85 x 10^-12 N^-1 m^-2 C²)

தீர்வு

(அ) மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன்

(ஆ) ஏதேனும் ஒரு தட்டில் சேமிக்கப்படும்மின்துகள் Q = CV

உங்களுக்குத் தெரியுமா?

சில சமயங்களில் மின் இணைப்பைக் மின்தேக்கிகொடுத்தாலும் கூரை விசிறி (ceiling fan) இயங்க மறுப்பதைப் பார்த்திருப்போம். ஆனால் அதன் இறக்கைகளை சற்று சுழற்றிய பின் விசிறி இயல்பாக சுற்றுவதை அறிவோம். ஏன்? ஒரு பொருளை சுழலச் செய்ய அதன் மீது திருப்புவிசை செலுத்தப்பட வேண்டும். கூரை விசிறியில் இந்த தொடக்கத் திருப்புவிசையை அளிப்பதற்கு மின்தேக்கி பொருத்தப்பட்டுள்ளது. கண்டென்சர் (Condenser) என்ற பெயரில் அறியப்படும் மின்தேக்கி பழுதடைந்து விட்டால், தேவைப்படும் தொடக்கத் திருப்பு விசையை அதனால் அளிக்க இயலாது.