स्थिर वैद्युत क्षेत्र (electrostatic field) में विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए मुख्य रूप से किस घटक का

Question

स्थिर वैद्युत क्षेत्र (electrostatic field) में विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए मुख्य रूप से किस घटक का उपयोग किया जाता है?

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The correct answer is C: संधारित्र (Capacitor). संधारित्र (Capacitor) एक निष्क्रिय इलेक्ट्रॉनिक घटक है जिसे एक परावैद्युत (dielectric) सामग्री द्वारा अलग की गई दो संवाहक प्लेटों के बीच एक स्थिर वैद्युत क्षेत्र में विद्युत ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब वोल्टेज लागू किया जाता है, तो संबंधित प्लेटों पर सकारात्मक और नकारात्मक आवेश जमा हो जाते हैं, जिससे एक विद्युत क्षेत्र बनता है जो तब तक बना रहता है जब तक वोल्टेज बनाए रखा जाता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
संधारित्र (Capacitor) एक निष्क्रिय इलेक्ट्रॉनिक घटक है जिसे एक परावैद्युत (dielectric) सामग्री द्वारा अलग की गई दो संवाहक प्लेटों के बीच एक स्थिर वैद्युत क्षेत्र में विद्युत ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब वोल्टेज लागू किया जाता है, तो संबंधित प्लेटों पर सकारात्मक और नकारात्मक आवेश जमा हो जाते हैं, जिससे एक विद्युत क्षेत्र बनता है जो तब तक बना रहता है जब तक वोल्टेज बनाए रखा जाता है।

Working Principle: जब एक DC स्रोत को संधारित्र से जोड़ा जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों को एक प्लेट से खींचकर दूसरी पर जमा किया जाता है, जिससे विभवांतर (potential difference) पैदा होता है। परावैद्युत के पार स्थापित विद्युत क्षेत्र वोल्टेज के वर्ग के समानुपाती ऊर्जा संग्रहीत करता है। बैटरी के विपरीत जो रासायनिक ऊर्जा संग्रहीत करती है, संधारित्र का ऊर्जा भंडारण विशुद्ध रूप से स्थिर वैद्युत होता है और $V = \frac{Q}{C}$ संबंध पर आधारित क्षणिक होता है।

Key Formulas: $E = \frac{1}{2} C V^2$ — संधारित्र में संग्रहीत ऊर्जा; $C = \frac{\epsilon A}{d}$ — धारिता की गणना जहाँ $\epsilon$ परावैद्युतांक है

Key Points: संधारित्र DC स्थिर-अवस्था धारा के लिए खुले परिपथ (open circuit) की तरह कार्य करते हैं।; संधारित्र का चार्जिंग और डिस्चार्जिंग समय नियतांक $	au = RC$ द्वारा नियंत्रित होता है।; ऊर्जा भंडारण गैर-अपव्ययी (non-dissipative) है; सैद्धांतिक आदर्श संधारित्र परिपथ को ऊर्जा वापस लौटाते हैं।

Advantages: अल्पकालिक पल्स के लिए उच्च शक्ति घनत्व; इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी की तुलना में लंबा चक्र जीवन

Disadvantages: उच्च वोल्टेज तनाव के तहत परावैद्युत ब्रेकडाउन के अधीन; ऊर्जा घनत्व बैटरी की तुलना में काफी कम होता है

Applications: बिजली आपूर्ति इकाइयों में फिल्टर सर्किट; एम्पलीफायरों में सिग्नल कपलिंग और DC ब्लॉकिंग

Additional Info: विकल्प A (प्रतिरोधक) विद्युत ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में नष्ट करता है ($P = I^2 R$)।. विकल्प B (प्रेरक) चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा संग्रहीत करता है ($E = \frac{1}{2} L I^2$)।. विकल्प D (डायोड) एक अर्धचालक उपकरण है जिसका उपयोग मुख्य रूप से रेक्टिफिकेशन और करंट स्टीयरिंग के लिए किया जाता है।

Answer: C सही है — एक संधारित्र को विशेष रूप से उसके इलेक्ट्रोड के बीच बने स्थिर वैद्युत क्षेत्र के भीतर स्थितिज ऊर्जा संग्रहीत करने के लिए बनाया गया है।

Exam Tip: 'CIVIL' स्मृति सहायक को याद रखें: संधारित्र (C) में, धारा (I) वोल्टेज (V) से आगे रहती है; प्रेरक (L) में, वोल्टेज (V) धारा (I) से आगे रहता है।

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Option A: प्रतिरोधक (Resistor)

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Option B: प्रेरक (Inductor)

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Option D: डायोड (Diode)

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