ધારિતા

ધારિતા (capacitance) : વિદ્યુતભારિત સુવાહક ઉપર વધુ પ્રમાણમાં વિદ્યુતભાર સંગ્રહી શકાય તે માટેની એક યોજના. આ યોજના અલગ અલગ રીતે કરી શકાય છે. એકબીજાની નજીક યાચ્છિક રીતે (at random) ગોઠવેલા તથા અલગ કરેલા યાચ્છિક આકાર અને કદવાળા બે સુવાહકના તંત્રને વિદ્યુતસંગ્રાહક (condenser કે capacitor) કહે છે. વિદ્યુતભાર Q, તથા તેને સંગ્રાહકના એક ધ્રુવ (+ve ધ્રુવ) ઉપરથી બીજા ધ્રુવ (–ve ધ્રુવ) તરફ લઈ જતાં, સંગ્રાહકના બંને છેડાઓ વચ્ચે ઉદભવતો વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત–વિદ્યુતવિભવાન્તર (potential difference) V ના ગુણોત્તરને સંગ્રાહકની ધારિતા C કહે છે.

Qનો એકમ કુલમ્બ અને Vનો એકમ વોલ્ટ છે; તેથી ધારિતાનો એકમ કુલમ્બ/વોલ્ટ છે. ધારિતાની વિભાવનાને વિક્સાવનાર વૈજ્ઞાનિક માઇકલ ફૅરેડેના નામ ઉપરથી ધારિતાના આ એકમ, કુલમ્બ/વોલ્ટને ‘ફૅરડ’ નામ આપવામાં આવેલું છે. તેની સંજ્ઞા F છે. Fનું મૂલ્ય મોટું હોવાના કારણે  પ્રાયોગિક તથા વ્યાવહારિક અનુકૂળતા ખાતર તેના કરતાં 10 લાખમા ભાગનો નાનો એકમ ‘માઇક્રોફૅરડ’ (μF)  કે તેનાથી પણ વધુ નાનો, માઇક્રોફૅરડના 10 લાખમા ભાગ જેટલો અથવા ફૅરડ કરતાં 1 લાખ કરોડમા ભાગનો એકમ ‘માઇક્રો માઇક્રો ફૅરડ’ (μμF) કે ‘પીકોફૅરડ’ (pF) લેવામાં આવે છે.

                1 μF = 10^–6 F

                1 pF = 10^–6 μF = 10^–12 F

સૌથી સરળ રચનાવાળા સંગ્રાહકમાં એકસરખા ક્ષેત્રફળની બે સમાંતર વાહક પ્લેટની વચ્ચે હવા કે શૂન્યાવકાશ હોય છે. તેથી આકૃતિમાં આવા સંગ્રાહક્ધો બે ઊભી સમાંતર રેખાઓના  અથવા વક્રાકર અને બીજી ઊભી રેખા વડે દર્શાવવામાં આવે છે. સંગ્રાહકમાં સંગૃહીત થતી ઊર્જા, આવશ્યકતા અનુસાર પાછી મેળવી શકાય છે. સંગ્રાહકની બે પ્લેટ વચ્ચે હવા કે શૂન્યાવકાશને બદલે અબરખ, મીણ, લાખ, કાગળ, પ્લાસ્ટિક કે તેલ જેવો અવાહક કે પરાવૈદ્યુત (dielectric) પદાર્થ રાખવામાં આવે તો સંગ્રાહકની ધારિતામાં પરાવૈદ્યુત પદાર્થના પરાવૈદ્યુતાંક (dielectric constant) k જેટલો વધારો થાય છે. તેથી જ્યારે કોઈ સંગ્રાહકની બે પ્લેટ વચ્ચેનું માધ્યમ હવા કે શૂન્યવકાશ હોય ત્યારે ધારિતા C₁ હોય અને તે જ સંગ્રાહકની બે પ્લેટ વચ્ચે પરાવૈદ્યુતાંક kવાળું માધ્યમ હોય ત્યારે તેની ધારિતા C₂ હોય, તો

આમ સંગ્રાહકની બે પ્લેટ વચ્ચે પરાવૈદ્યુત રાખતાં તેની ધારિતામાં પરાવૈદ્યુતાંક kગણો વધારો થાય છે.

પ્લેટ-સંગ્રાહકની ધારિતા નીચેના ઘટકો ઉપર આધારિત હોય છે :

(i) વાહકપ્લેટની સપાટીના ક્ષેત્રફળ A ઉપર (ii) પ્લેટ વચ્ચેના અંતર dના વ્યસ્ત  ઉપર અને (iii) પ્લેટની વચ્ચે રાખેલા પરાવૈદ્યુત માધ્યમના પરાવૈદ્યુતાંક k ઉપર.

(હવા કે શૂન્યાવકાશ માટે k = L છે.) બે અથવા તેની વધુ સંગ્રાહકનો શ્રેણીમાં તેમજ સમાંતરમાં જોડી શકાય છે.

C₁,C₂,C₃ ધારિતાવાળા સંગ્રાહકને શ્રેણીમાં જોડતાં, જોડાણની સમતુલ્ય ધારિતા C હોય તો,

આમ સંગ્રાહકોના શ્રેણીજોડાણ માટે સમતુલ્ય ધારિતાના વ્યસ્તનું મૂલ્ય, જોડાણમાંના જુદા જુદા સંગ્રાહકોની ધારિતાના વ્યસ્તના સરવાળા જેટલું હોય છે.

સંગ્રાહકો C₁,C₂,C₃ ને સમાંતર જોડતાં, સમતુલ્ય ધારિતા C નું  મૂલ્ય, જોડાણમાંના દરેક સંગ્રાહકની ધારિતાના સરવાળા જેટલું હોય છે.

C = C₁ + C₂ + C₃

આ ઉપરથી જણાય છે કે સંગ્રાહકોના સમાંતર જોડાણથી ધારિતા વધારી શકાય છે.

પૃથ્વીની સપાટી સુવાહક છે તથા તેની સપાટીથી 50 કિમી. પછીનું વાતાવરણ પણ સુવાહક છે. તે બંનેની વચ્ચેનું વાતાવરણ એકદમ મંદવાહક છે. તેથી પૃથ્વીની સપાટી અને 50 કિમી. ઊંચાઈ પછીનું વાતાવરણ પણ એક સંગ્રાહકની રચના કરે છે, જેની ધારિતા ગણતરી દ્વારા મેળવી શકાય છે.

સમાંતર પ્લેટ સંગ્રાહક ઉપરાંત ગોળાકાર સંગ્રાહક (spherical condenser), નળાકાર સંગ્રાહક (cylindrical condenser) તથા ચલિત મૂલ્યના હવાના સંગ્રાહક (variable air condenser) પણ બનાવવામાં આવે છે. છેલ્લા પ્રકારના સંગ્રાહકમાં હવાના માધ્યમમાં આવેલી બે અર્ધવર્તુળાકાર વાહકની પ્લેટના બે સમૂહ કે ગણ (set) હોય. આમાંનો એક ગણ સ્થાયી હોય છે.

જ્યારે બીજા ગણને દટ્ટા (knob) વડે ઊર્ધ્વ સમતલમાં ફેરવી શકાય છે; જેને કારણે બે પ્લેટની વચ્ચેના હવાક્ષેત્રફળમાં વધારો-ઘટાડો કરીને જુદા જુદા મૂલ્યના સંગ્રાહક પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

રેડિયો તથા ટ્રાન્સમીટરમાં જુદી જુદી આવૃત્તિના ધ્વનિતરંગોનું સમસ્વરણ (tuning) કરવા માટે આ પ્રકારના સંગ્રાહકનો ઉપયોગ થાય છે. તદુપરાંત પરાવૈદ્યુત સાથેનાં વિવિધ મૂલ્યોની ધારિતાવાળા સંગ્રાહકો બનાવવામાં આવે છે; જેમનો વ્યાપક ઉપયોગ, ઇલેક્ટ્રૉનિક ઉપકરણની બનાવટમાં થાય છે. પ્રત્યાવર્તી વિદ્યુતપ્રવાહ(A.C)ના ઘટકોને અવરોધવા માટેના ગાળણ (filter) તરીકે ઇલેક્ટ્રોલાયટિક માધ્યમવાળા સંગ્રાહકને પણ ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે.

વિવિધ પ્રકારના તેમજ આકારના સંગ્રાહક આકૃતિ 6માં દર્શાવેલા છે.

પરેશ પંડ્યા

ચંદ્રકાન્ત કેશવલાલ ત્રિવેદી