Thursday, April 16, 2015

ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් පාඩම - 3 (Electronics Lesson)

 ධාරිත්‍රකය


ඔබ ඉහත රෙසිස්ටරය නම් ඉතාම වැදගත් ඉලෙක්ට්‍රෝනික උපාංගය ගැන තරමක් ඉගෙන ගත්තා. ධාරිත්‍රකය (capacitor) යනු තවත් ඉලෙක්ට්‍රෝනික උපාංගයකි. “කන්ඩෙන්සර්” (condenser) යන නමක්ද අතීතයේ මීට භාවිතා වුණු අතර, බොහෝ දෙනා “කැප්” (capacitor යන වචනයේ කෙටි කිරීමකි මෙය.) යන සුරතල් නාමයෙන් මේවා හඳුන්වනවා. එහි රූපමය සංඛේතය පහත දැක්වේ.
 

වෙළඳපොලෙන් ලබාගත හැකි විවිධ හැඩයන්ගෙන් යුතු කැප්ස් කිහිපයක් පහත රූපයේ දැක්වේ.


විවිධාකාරයෙන් විවිධ කොම්පැනි විවිධ අගයන්ගෙන් හා විවිධ ද්‍රව්‍යයන්ගෙන් කැප්ස් නිපදනවා. රෙසිස්ටරයක් මූලිකම කාර්යභාරය වූයේ යම් උපාංගයකට අවශ්‍ය කරන ධාරා ප්‍රමාණය හා වෝල්ටියතා ප්‍රමාණය ලබා දීමයි. එලෙස අපට හමුවන සෑම ඉලෙක්ට්‍රෝනික (හා විදුලි) උපාංගයකම මූලික කාර්යභාරය දත යුතුය. ධාරිත්‍රකයක් මූලිකව සිදු කරන්නේ (යම් සන්නායකයක් දිගේ ගමන් කරන) AC විදුලියට පමණක් යෑමට සලස්වා, එය හරහා DC විදුලියකට ගමන් ‍කිරීමට නොදීමයි. එනම්, ධාරිත්‍රකයක් DC බ්ලොක් (DC blocking) කරනවා. ඩීසී බ්ලොක් කර, ඒසී විදුලියට පමණක් ගමන් කිරීමට ඉඩ දීමට වුවමනාකරන අවස්ථා නිතර අපට හමුවන බව ඔබ පරිපථ ගැන අධ්‍යනය කරන විට පෙනේවි. එනම්, යම් පරිපථයක කොටසකින් (පහත රූපයේ circuit 1 ලෙස දැක්වෙන) ප්‍රතිදානය කරන (output) සිග්නල් එකක් දෙවැනි පරිපථ කොටසේ ප්‍රදානයට (input) සම්බන්ද කරන විට, මෙලෙස සුදුසු අගයකින් යුතු ධාරිත්‍රිකයක් හරහා සම්බන්ද කළ යුතුය. කෙලින්ම එම පරිපථ දෙක සම්බන්ද කළොත්, සිග්නල් එකට අමතරව ඒ ඒ පරිපථ දෙකෙහි ඉලෙක්ට්‍රෝනික් උපාංග ක්‍රියාකාරි කරවීමට සැපයූ ඩීසී විදුලියද එකිනෙකට සම්බන්ද වී පරිපථ අවුල් වී යනු ඇත. එය වැලැක්වීමට නම්, සිග්නල් එකට පමණක් පරිපථ හරහා ගමන් කිරීමට කටයුතු කළ යුතුය. මෙවැනි අරමුණකින් යොදන කැපෑසිටරය ඈඳුම් ධාරිත්‍රකය (coupling capacitor) ලෙසද හැඳින්වේ.


සටහන
විදුලි සංඥාවක් (electric signal) යනු කුමක්ද? පළමුව සංඥාවක් යනු කුමක්දැයි හඳුනාගනිමු. යම් කිසි දෙයක් හඳුනා ගැනීම පිණිස භාවිතා කෙරෙන දේ සංඥාවක් ලෙස සරලව අර්ථ දැක්විය හැකිය. අප කථා කරන සිංහල ඉංග්‍රීසි ආදී භාෂාවන් යනුද සංඥා (පද්ධතියක්) වේ. අප ලෝකය යැයි තේරුම් අරන් ඇති (පුටුව, අහස, අම්මා ආදී) සියලු දේද ගැඹුරින් බැලූ විට අපේ මනසේ ගබඩා කරගත් සංඥා වේ. යම් සංඥාවක් පවතින්නේ විද්‍යුත් වශයෙන් නම්, එය විදුලි සංඥාවක් ලෙස සැලකේ. එය ඇත්තටම යම් වයර් එකක් දිගේ යන හෝ යම්කිසි මාධ්‍යයක ගබඩා වී ඇති විදුලියකි. සංඥාවක යම් වටිනා දෙයක් හෙවත් “බුද්ධියක්” (intelligence) ගබඩා වී පවතී. විවිධාකාරයෙන් ස්වභාවිකව පවතින සංඥාවල පවතින මෙම බුද්ධිය උකහා ගෙන එය විදුලියේ වෝල්ටියතාව විචලනය කරමින් ‍විදුලි‍යට ඇතුලු කෙරේ. උදාහරණ කිහිපයක් බලමු.
ඔබ කතා කරන විට අවට වාතය කම්පනය වී ශබ්දය වටේට විසුරුවා හැරේ. එලෙස වාතයේ ඇතිවන විචලනය නිසා ඇතිවන ශබ්ද ඔබේ කනින් අසා ඒ කියන දේ ‍ඔබ තේරුම් ගනී. ඔබට යමක් තේරෙන්නේ එම ශබ්ද තුළ යම් “බුද්ධිමත්” (තේරුම්ගත් යුතු වටිනා) දෙයක් හෙවත් සංඥා තිබූ නිසාය. දැන්, ඔබ කුඩා මයික් එකක් තැබීමෙන් මෙම වාතයේ තිබූ සංඥාව විදුලි සංඥාවක් බවට පත් කළ හැකිය.
     




පසුව මෙම සංඥාව ඈම්ප් එකක් වැනි සර්කිට් එකක් හරහා යවා එම විදුලි සංඥාව වැඩි දියුණු කරයි. එම වැඩි දියුණු කරපු විදුලි සංඥාව ඔබේ කනට ඇසෙන්නේ නැත. එය කනට ඇසීමට නම්, ස්පීකර් එකක එයට සම්බන්ද කළ යුතුය. ස්පීකරයෙන් කරන්නේ විදුලි සංඥාවක් සාමාන්‍ය (වාතය කම්පනය වී ඇති වන) ශබ්ද සංඥාවක් බවට පත් කිරීමයි.



ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වල නිතරම යම් (භෞතික) සංඥාවක් විදුලි සංඥාවක් බවටත් නැවත විදුලි සංඥාවක් වෙනත් සංඥාවක් බවටත් පත් කිරීම සිදු වේ. මෙම ක්‍රියාව කරන උපාංග “පාරනායක” (transducer) යන පොදු නමින් හැඳින්වේ. මයික් එක (සාමාන්‍ය ශබ්ද සංඥාවක් විදුලි සංඥාවක් බවට), ස්පීකරය (විදුලි සංඥාවක් ශබ්ද සංඥාවක් බවට), උෂ්ණතවය මනින විදුලි සංවේදකය (සාමාන්‍ය උෂ්ණත්වය විදුලි සංඥාවක් බවට), LED බල්බය (විදුලි සංඥාවක් ආලෝකය බවට), මෝටරය (විදුලි සංඥාවක් චලනයක් බවට), රුධිරයේ ග්ලූකෝස් ප්‍රමාණය මනින සංවේදකය (රුධිරගත ග්ලූකෝස් ප්‍රමාණය නම් සංඥාව විදුලි සංඥාවක් බවට) ආදී විවිධ වර්ගයේ ට්‍රාන්ස්ඩියුසර් සිය ගණනක් පවතී. සංවේදක (sensor) යන නමින් හැඳින්වෙන උපාංග‍වලින් කරන්නේ සාමාන්‍ය භෞතික සංඥාවක් විදුලි සංඥාවක් බවට පත් කිරීමයි. සෙන්සර් එකක් යනු ට්‍රාන්ඩියුසර් යටතේම පවතින උපකොටසක් බව මේ අනුව පැහැදිලි විය යුතුය. actuator (ඇක්චුවේටර්) යනුවෙන්ද ට්‍රාන්ඩියුසර් යටතේ ඇති තවත් උපකොටසක් ඇත. ඒවා මගින් කෙරෙන්නේ ඊට සපයන විදුලි සංඥාවක් අනුව යම් චලනයන් සිදු කිරීමයි. සියලුම මෝටර් අයිති වන්නේ මෙම ඇක්චුවේටර් ගණයට වේ. පහත දැක්වෙන්නේ රොබෝවක් හා දොඹකරයක අතක් ඇක්චුවේටර් භාවතා කර තනා ඇති ආකාරය. L1, L2 ආදි ලෙස දක්වා ඇත්තේ තනි තනි ඇක්චුවේටර් වේ.
කඩෙන් මිල දී ගත හැකි විවිධාකාරයේ ඇක්චුවේටර් කිහිපයක් පහත රූපයේ දැක්වේ.
සාමාන්‍යයෙන් පරිසරයේ ඇති යම් (විදුලි නොවන) සංඥාවක් විදුලි පරිපථයක් තුළට ඇතුලත් කර ගැනීම (inputහා එම ඇතුලත් කරගත් විදුලි සංඥාවට විදුලිමය වශයෙන් කළ යුතු දේවල් (සංඥාව වර්ධනය කිරීම, සංඥාව තවත් සංඥා සමග මිශ්‍ර කිරීම, සංඥාව විවිධාකාරයෙන් කොටස් කිරීම ආදීය) පරිපථය තුළ සිදු කිරීම පරිපථ නිර්මාණය කරන ඔබට නිතර කිරීමට සිදුවන රාජකාරයකි. බොහෝ විට, මෙම වෙනස්කම් සිදු කළ විදුලි සංඥාව අපගේ දැනගැනීම (දැකීම, ඇසීම, හෝ චලනයක්) පිණිස පරිපථයෙන් පිටතට යොමු කළ (outputයුතුය. මේ අනුව ට්‍රාන්ස්ඩියුසර් ඉන්පුට් ට්‍රාන්ස්ඩියුසර් හා අවුට්පුට් ට්‍රාන්ස්ඩියුසර් යනුවෙන්ද දෙකකට වර්ග කළ හැකි බව පෙනේ. ඉන්පුට් ට්‍රාන්ස්ඩියුසර් යනු ඉහත කථා කළ සෙන්සර් යන නමින් හැඳින්වූ උපාංගම වේ.

ධාරිත්‍රකයක් සෑම විටම කුමන ලෙසකින් හෝ පහත රූපයේ පෙන්වා තිබෙන සැකැස්මකින් යුතු වේ.

එනම්, යම් සන්නායක කැබැලි (conductive plates) දෙකක් අතර කුඩා පරිවාරකයකින් (හිඩැසකින්) (dielectric) වෙන් වී තිබිය යුතුය. ඒ අනුව එකවරම ඔබට යම් ගැටලුවක් දැන් සිතට පැන නැගිය යුතුය. එනම්, ධාරිත්‍රකයක් පරිපථයකට සම්බන්ද කළ විට මෙම පරිවාරක හිඩැස නිසා දැන් පරිපථය කැඩී (විවෘත වී) පවතින නිසා, විදුලිය ගැලීමක් සිදු විය නොහැකි බව ඔබට එකවර සි‍තිය හැකිය.


ඔව්, ඔබ එක්තරා දුරකට නිවැරදිය. මෙම කැඩුනු පරිපථය නිසා තමයි ඩීසී විදුලිය ගමන් නොකරන්නේ. ධාරිත්‍රකයක් ඩීසී බ්ලොක් කරනවා යැයි කියන්නේ එමනිසා තමයි. එහෙත් ඒසී විදුලිය ගමන් කරන විට යම් කිසි අමුතු දෙයක් සිදු වේ. එනම්, එක පැත්තකට විදුලිය හෙවත් ධාරාව (ඉලෙක්ට්‍රෝන) ගමන් කරන විට, පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි එම ඉලෙක්ට්‍රෝන තහඩුවට පැමිණේ. එමගින් එම තහඩුව - ආරෝපණය වේ. එය හරියට ගං ඉවුරකට මිනිසුන් දුව විත් නතර වෙනවා වැනිය. මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන විසින් ඊට යාබදව ඇති තහඩු‍වේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන විකර්ෂණය කරයි. එවිට එම තහඩුව + ආරෝපණය වේ. ඇත්තටම තහඩු දෙක හරහා ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කළේ නැත. එහෙත් ඉහත විකර්ෂණ ක්‍රියාව නිසා ප්‍රායෝගිකව ධාරිත්‍රකයේ එක් අග්‍රයකට පැමිණි ඉලෙක්ට්‍රෝන (ධාරාව) අනෙක් අග්‍රයෙන් පිට වූවා සේ පෙනේ.


ඒසී විදුලියේදී ධාරාව ශූන්‍යයේ සිට ක්‍රමයෙන් යම් උපරිම අගයක් දක්වා ක්‍රමයෙන් වැඩි වන නිසා, තහඩුව මත ඉලෙක්ට්‍රෝනද ක්‍රමයෙන් තැන්පත් වීම වැඩි වේ. මෙම ඉලෙක්ට්‍රෝන තැන්පත්වීමට අනුරූපවම තහඩුවෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් වීමද සිදු වේ. ඒ අනුව ධාරාවේ (ප්‍රස්ථාරගත) හැඩයටම ධාරිත්‍රකය හරහා ධාරාවක් ගමන් කළේ යැයි ප්‍රායෝගිකව පෙනේ (සත්‍ය වශයෙන්ම ධාරිත්‍රකය හරහා ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් නොකළත්). ඉන්පසු උපරිම අගයට පැමිණි පසු, ධාරාව ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. එවිට තහඩුව මත තැන්පත්වී ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනද ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. එවිට තහඩුව මත ඇති විකර්ෂණයද ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. එවිට තහඩුව මතට මුලදී ඉවත් වූ ඉලෙක්ට්‍රෝන ක්‍රමයෙන් ආපසු ආකර්ෂණය වේ. දැන් විදුලි ධාරාව ශූන්‍ය වන මොහොත වන විට, කැපෑසිටරයේ තහඩු දෙකම මුලදීම තිබූ ආකාරයට උදාසීන වී පවතී. දැන්, පිටතින් සපයන ධාරාව දිශාව මාරු කරමින් ක්‍රමයෙන් ධාරාව වැඩි කරමින් යයි. එවිට, පෙර තහඩුවට සිදු වූ දේ දැන් තහඩුවට සිදු වේ. එනම්, ක්‍රමයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන තහඩුව මත තැන්පත් වේ. එමගින් තහඩුවට කෙරෙන විකර්ෂණය නිසා ඉන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත්ව ‍යෑමෙන් එය ධන ආරෝපණය වේ. මෙම විස්තරය පෙරදී විස්තර කළ පරිදිම සිදු වේ. අවසන් වශයෙන් කිව යුත්තේ, ධාරිත්‍රකයක් හරහා (කුමන විදියකින් හෝ) ඒසී විදුලියට ගමන් කළ හැකි බවයි.
ඉහතදී මා කිව්වා ධාරිත්‍රකයක් හරහා ඩීසී ධාරාවක් ගමන් නොකරන බව. එහෙත්, ඩීසී ධාරාවක් වුවද මුල්වරට ධාරිත්‍රකයට සමබන්ධ කළ විගසම ඉතා සුලු ආරම්භක කාලයක් තුල ධාරිත්‍රකයේ තහඩු මත පෙර සඳහන් කළ ආකාරයට එක් තහඩුවක් මත ඉලෙක්ට්‍රෝන ගබඩා වීම හා ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධ තහඩුව මත විකර්ෂණයක් ඇති වීම සිදු වේ. එමගින් ඉලෙක්ට්‍රෝන තැන්පත් වූ තහඩුව - ලෙසද අනෙක් තහඩුව + ලෙසද ධ්‍රැවීකරණය සිදු වේ. ඊට හේතුව, විදුලිය එක වර ලබා දුන්නද, සත්‍ය වශයෙන්ම ධාරාව ශූන්‍ය අගයේ සිට සාමානය ඩීසී ධාරා අගය දක්වා එම ධාරාව වැඩි වන්නේ ක්‍රමක්‍රමයෙනි. (ඉලෙක්ට්‍රෝන ක්‍රමයෙන් තැන්පත් වන විට, ඊට සමානුපාතිකව වෝල්ටියතාවද වැඩි වන බව ඔබට ‍තේරුම් යා යුතුය.) රූපය බලන්න.


ඉහත රූපයේ රවුම් කර ඇති කොටස ඒසී ධාරාවක ස්වරූපය ගනී. ඇත්තෙන්ම එම ඒසී ස්වභාවය පෙන්නුම් කරන කාලය ඉතාම කුඩාය. කෙසේ හෝ, සරල ධාරා පරිපථයකට සම්බන්ද කළ විට ධාරිත්‍රකය ඉහත ආකාරයට ධ්‍රැවීකරණය සිදු වී ධාරිත්‍රකය ආරෝපණ (charge) වේ. ඉහත රූපයෙන් යන ස්ථානය වන තෙක් ධාරිත්‍රකය හරහා ධාරාවක් ගමන් කර, එතැන් සිට පරිපථය තුළ ධාරාව ගලා යෑම නවතී. එහෙත්, ධාරිත්‍රකය ආරෝපණය වී පවතින නිසා එම ධාරිත්‍රකයේ තහඩු (අග්‍ර) දෙක අතර වෝල්ටියතාවක පවතී. ධාරාව ගැලීම නතර වුවත්, කැපෑසිටරය චාජ් වී පවතී. ධාරිත්‍රකය දැන් පරිපථයෙන් ගලවා ගත් විට, එය තවමත් චාජ් වී පවතී. මෙම චාජ් වී පවතින ධාරිත්‍රකයෙන් යම් යම් ප්‍රයෝජනවත් කාර්යන් කරගත හැකිය. (එනම් ධාරිත්‍රකය තුළ ශක්තියක් ගබඩා වී ඇත.) ධාරිත්‍රකය තුළ ඇති තහඩු දෙකේ වෙන් වෙන්ව ධන හා ඍණ ආරෝපණ පවතින බැවින්, ධන ආරෝපණවල සිට ඍණ ආරෝපණ දක්වා විදුලි ක්ෂේත්‍රයක් පවතී. ඇත්තටම ඉහත ශක්තිය ගබඩා වී ඇත්තේ මෙම විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය (electric field) තුළය. රූපය බලන්න.


ඉලෙක්ට්‍රෝන යනු ඍණ ආරෝපණයකි. ඒ අනුව කැපෑසිටරයක් යනු ආරෝපණය ගබඩා කර තබා ගන්නා උපාංගයක් ලෙසද සැලකිය හැකිය. කැපෑසිටරයක් දෙපසට යොදන වෝල්ටියතාව වැඩි වන විට එහි ආරෝපණ ගබඩා කර ගැනීමද වැඩි වේ. තවද, රෙසිස්ටරයකට ඕම්ස් යන ඒකකයෙන් මනිනු ලබන ප්‍රතිරෝධය නම් ගුණයක් තිබෙන්නාක් මෙන්, කැපෑසිටරයක “ධාරිතාව” (capacitance) (c) නම් ගුණයක් ඇත. එය ෆැරඩ් (Farad) (F) නම් ඒකකයෙන් මනිනු ලැබේ. මයිකල් ෆැරඩේ යන විද්‍යාඥයාට ගෞරව පිණිස මෙම නම යොදා ඇත. ඔබ කඩෙන් කැපෑසිටර් මිලදී ගන්නා විට, ඔබට අවශ්‍ය ෆැරඩ් ගණන සහිත ධාරිත්‍රකයක් මිල දී ගත යුතුය. ධාරිත්‍රකයක දෙපස ඇති වෝල්ටියතාව (V), එහි ගබඩා කළ හැකි ආරෝපණය (Q), හා ධාරිතාව (C) යන තුන එකිනෙකට සම්බන්ද කරන සූත්‍රයක් ඇත.
Q = CV
රෙසිස්ටර් මෙන්ම, කැපෑසිටර්ද ‍හෝල්-තෲ හා SMD යන දෙයාකාරයෙන්ම ලබා ගත හැකිය.



ප්‍රේරක
ප්‍රේරකය (inductor) (L) යනුද සරල ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගයකි. යම් සන්නායක කම්බි කැබැල්ලක් ගත් විට, එය ප්‍රේරකයක් ලෙස සැලකිය හැකිය.


‍රෙසිස්ටරයක් ප්‍රතිරෝධය නම් ගුණයද, කැපෑසිටරයක් ධාරිතාව නම් ගුණයද ඇතිවාක් සේ, ඉන්ඩක්ටරයක ඇත්තේ “ප්‍රේරණතාව” (inductance) නම් ගුණයයි. එය මනින ඒකකය වන්නේ හෙන්රි (Henry) (H) ය. හෙන්රි නම් විද්‍යාඥයාගේ නමින් එය යොදා ඇත.
ඉහත රූපයේ දැක් වූ පරිදි සරල කම්බි කැබැල්ලක් වුවද ඉන්ඩක්ටරයක් සේ සැලකීමට හැකි වූයේ ඇයි? යම් සන්නායකයක් දිගේ ධාරාවක් (ac වේවා dc වේවා) ගලන විට, එම සන්නායකය දිගේ (එම කම්බිය වට කරගෙන) වලලු (මුදු) ආකාරයෙන් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් (magnetic field) ඇති වේ. පහත රූපය බලන්න.

එම චුම්භක ක්ෂේත්‍රය කුමන දිශාවකට පවතිනවාද යන්න (වාමාර්තවද දක්ෂිණාවර්තවද යන වග) දකුණත් නීතිය (right hand rule) යෙදීමෙන් පහසුවෙන්ම සොයා ගත හැකිය. දකුණත් නීතිය යනු, කම්බියක් දිගේ (සම්මත) ධාරාව ගලන දිශාවට මහපොට ඇඟිල්ල සිටින සේ කම්බිය අල්ලා ගත් විට, අනෙක් ඇඟිලි කැරකී පවතින දි‍ශාවට චුම්භක ක්ෂේත්‍රය පිහිටනු ඇත.

සටහනවිදුලි ධාරාව යනු ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කිරීම බව ඔබ දන්නවා. ඉලෙක්ට්‍රෝන යනු ඍණ ආරෝපණයක් බවත් ඔබ දැන් දන්නවා. මේ අනුව, සත්‍ය වශයෙන්ම විදුලි ධාරාව ගලන දිශාව වන්නේ ඍණ ආරෝපිත ඉලෙක්ට්‍රෝන ගලන දිශාව බව පැහැදිලියි. මෙම ධාරාවට “ඉලෙක්ට්‍රෝන ධාරාව” (electron current) යන නම භාවිතා කෙරෙනවා. එහෙත් පුදුමයකට මෙන් ඉංජිනේරුවේදය තුළ විදුලි ධාරාවක දිශාව ලෙස සලකන්නේ ඉහත සඳහන් ඉලෙක්ට්‍රෝන ධාරාවට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවයි. එයට “සම්මත (විදුලි) ධාරාව” (conventional current) යන නම භාවිතා වෙනවා. මේ අනුව, සම්මත ධාරාව හා ඉලෙක්ට්‍රෝන ධාරාව හැමවිටම එකිනෙකට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවන්ට ගමන් කරන්නාක් සේ පවතී.


මෙම ගැටලුව ඇති වීමට හේතුවක් තිබේද? ඇයි අපට කෙලින්ම සත්‍ය විදුලි ධාරාවේ දිශාව වන ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කරන දිශාවම ධාරාවේ දිශාව ලෙස ගෙන සම්මත ධාරාව යන වචනය ඉවත් කළ නොහැක්කේ? ඊට ඇත්තේ ‍(එතරම් වැදගත් කමක් නැති) ඉතිහාස පටලැවිල්ලකි. විදුලිය ගැන එතරම් දැනුමක් ‍නොමැති කාලයේ, බෙන්ජමින් ෆ්‍රෑන්ක්ලින් යන විද්‍යාඥයා විසින් විදුලිය යනු කුමක්දැයි යම් විග්‍රහයක් කර තිබුණි. ඔහුට අනුව, විදුලිය සන්නායකයක ඇති යම් “ධන ආරෝපිත අංශු විශේෂයක්” ගමන් කිරීම නිසා ඇති වන්නක් බව ඔහු පැවසුවා. ඇත්තටම ඔහු යම් තාක් දුරකට නිවැරදිය; එකම වැරද්ද එම ගමන් කරන අංශු ධන ආරෝපිත යැයි පැවසීමයි. ඔබ දැන් දන්නා පරිදි විදුලිය ඇතිවන්නේ ධන නොව ඍණ ආරෝපිත (ඉලෙක්ට්‍රෝන කියන) අංශුවල ගමන් කිරීම නිසාය. බෙන්ජමින්ගේ පැහැදිලි කිරීම එකල බොහොම ප්‍රචලිත විය. අනෙක් අතට දිශාවේ වැරද්ද හැරෙන්නට වෙන ‍වැරද්දක් එම පැහැදිලි කිරීම තුළ නැත. එනිසා, ඔහුගේ ධන අංශු ගමන් කිරීම යන විග්‍රහය අදටත් සම්මතයක් ලෙස භාවිතා වේ. ආධුනිකයකුට මෙය මුල් කාලයේ තරමක පැටලීමක් ඇති කළද ටික කලකින් එය මග හැරේ.

ඔබ හොඳින්ම මතක තබා ගත යුතු දේ නම්, පරිපථ නිර්මාණයේදී මෙන්ම ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ඉගෙන ගැනීමේදිත්, ධාරාව ලෙස අප සලකන්නේ සම්මත ධාරාව (බෙන්ජමින්ගේ ධාරාව) බවයි. බැටරියක් ගත හොත්, එහි ධන හා ඍණ යනුවෙන් අග්‍ර දෙකක් ඇත. එහි ඍණ පැත්තේ ඇත්තේ අතිරික්ත ඉලෙක්ට්‍රෝන ගොන්නකි. ධන පැත්තේ ඇත්තේ ඉලෙක්ට්‍රෝන හිඟයකි. එමනිසා, වයරයක් ඊට සම්බන්ධ කළ විට, වැඩිපුර තිබෙන ඉලෙක්ට්‍රෝන ඍණ අග්‍රයේ සිට ඉලෙක්ට්‍රෝන හිඟ කමින් පෙලෙන ධන අග්‍රය දක්වා කම්බිය දිගේ ගමන් කරයි. එහෙත්, අප සම්මත ධාරාව අනුව කියන්නේ, ධන අග්‍රයේ සිට ඍණ අග්‍රය දක්වා විදුලි ධාරාවක් ගලන බවයි. ඇත්තටම දිශාව අපට වැදගත් නැත. ධන අග්‍රයේ සිට ඍණ අග්‍රයට විදුලිය ගමන් කරනවා කිව්වත්, ඍණ අග්‍රයේ සිට ධන අග්‍රය දක්වා ධාරාව ගලනවා කිව්වත් අවුලක් නැත. අප සලකා බලන යම් පරිපථයක් තුළදී ඔබ අහවල් අග්‍රයේ සිට අහවල් අග්‍රයට ධාරාව ගමන් කරනවා කියා තීරණය කර, එම සම්මතය පමණක් අනිවාර්යෙන්ම එම පරිපථය තුළ භාවිතා කළ විට කිසිම පටලැවිල්ලකි ඇති නොවේ.

මෙම චුම්භක ‍ක්ෂේත්‍රය වැඩි කළ විට, ප්‍රේරකතාවද වැඩි වේ. එය වැඩි කිරීමට එවැනි කම්බි කිහිපයක්ම “එක ළඟින්” තැබිය හැකිය. එහිදී එම කම්බි තුළින් ගලන ධාරාවේ දිශාව සැලකිල්ලට ගත යුතුය. එනම්, එක කම්බියක් දිගේ උඩු දිශාවට ධාරාව ගමන් කරවා අනෙක් කම්බිය දිගේ පහළ දිශාවට එවැනිම ධාරාවක් යෑමට සැලස්සුවොත් එම චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙක පවතින්නේ එකිනෙකට විරුද්ධ දිශාවට බැවින් සමස්ථ අවසන් ප්‍රතිපලය වන්නේ (සම්ප්‍රයුක්ත) චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ශූනය වීමයි (කැන්සල් වේ).
 

එහෙත් එම කම්බි දෙකෙහි ධාරා ගමන් කරන්නේ එකම දිශාවට නම්, එම චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙක එකට එකතු වී බලවත් තනි (සම්ප්‍රයුක්ත) චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් බවට පත් වේ.
 

ඉහත රූප දෙකෙහිම කම්බි ඈත් කර පෙන්වා ඇත්තේ ක්ෂේත්‍රවලට කුමක් සිදු වේද යන්න පහසුවෙන් දැක ගැනීම පිණිසයි. අනිවාර්යෙන්ම එම සන්නායක එක ළඟින් තැබිය යුතුය. මෙහිදී, තනි තනි කම්බි “විද්‍යුත් වශයෙන්” එකිනෙකට නොගෑවිය යුතුය. කම්බිය වටේ රබර් හෝ ප්ලාස්ටික් පරිවාරක ද්‍රව්‍යයක් තිබිය යුතුය (එදිනෙදා භාවිතා කරන වයර්වල එවැනි මැද කම්බිය වටේට රබර් හෝ PVC පරිවාරක තිබෙනවා.) එහෙත්, රබර් වැනි පරිවාරක යෙදීමේදී වියදම අධික වේ. ඒ සමගම කම්බියට වඩා රබර් ආවරණය විශාල වේ. එමනිසා, මෙවැනි වැඩ සඳහාව නිපදවා ඇති කම්බිය වටේට ඉතා තුනීවට ෂෙ‍ලැක් විශේෂ පරිවාරක ද්‍රව්‍යයකින් කම්බිය වට කර ඇත. (ඔබ මෝටර්වල, ට්‍රාන්ස්ෆෝමර්වල ඔතා ඇති කම්බි දැක ඇත්නම්, මා මේ පවසන්නේ එම කම්බි ගැනයි.) බැලූ බැල්මට පරිවාරක ආවරණයක් නැතිවාක් සේ පෙනුනත් එම කම්බි වටේට ඇත්තේ රත්තරං පාට පරිවාරක ද්‍රව්‍යයකි. (පහත රූපය බලන්න.)
 

කම්බි පොටවල් කිහිපයක් එක පැත්තකට ධාරාව යන සේ ප්‍රායෝගිකව සැකසිය නොහැකිය. ඊට පිළියමක් ලෙස, එය ඉහත රූපයේ ආකාරයට දඟරයක් සේ සකස් කිරීම ඉතා පහසුය.
මෙය බොහෝ අය කොයිල් (coil) යන නමින් හඳුන්වන්නට පුරුදුව සිටී.  තනි කම්බි කැබැල්ලදී චුම්භක ක්ෂේත්‍රය පිහිටන්නේ වලල්ලක් මෙන්ය. එහි සාමාන්‍ය චුම්භකයක පවතින උතුර-දකුණු ධ්‍රැව (north pole, south pole)වෙන් කර හඳුනා ගැනීමට බැරිය.
  

ඍජු කම්බියකදි චුම්භක ක්ෂේත්‍රය වලලු ආකාරයෙන් පිහිටයි. එහෙත් කොයිලයක් ආකාරයට සැකසූ විට චුම්භක ක්ෂේත්‍රය පිහිටන ආකාරය (දකුණත් රීතියම භාවිතා කොට) පහත ආකාරයට සොයා ගත හැකිය.

මෙහිදී කොයිලයේ එක පැත්තක් උතුර ලෙසද අනෙක් පැත්ත දකුණ ලෙසද සලකුණු කළ හැකිය. එනම්, වලලු (දඟර) ආකාරයෙන් සන්නායකය පිහිට වූ විට, චුම්භක ‍ක්ෂේත්‍රය ඍජුව (සාමාන්‍ය චුම්භක කැබැල්ලක සේ) පිහිටයි.



         
මෙවැනි කොයිලයක් සාමාන්‍ය දණ්ඩ චුම්භකයක් සේම ක්‍රියාකරයි. එබැවින්, සාමාන්‍ය චුම්භකයක් සේ ක්‍රියා කරවීම පිණිස සෑදූ මෙවැනි කොයිල් “විද්‍යුත් චුම්භක” (electromagnet) යන නමින්ද හැඳින් විය හැකිය. දොඹකර ආදිය සඳහා මෙවැනි ප්‍රබල විදුලි චුම්භක බහුලව භාවිතා කෙරේ. කම්බි පොටවල් ගණන වැඩි කරමින් (හා පහත සඳහන් වෙනත් ක්‍රමවලින්ද) වුම්භකයේ ප්‍රබලත්වය අපට අවශ්‍ය ප්‍රමාණයට වැඩි කළ හැකිය.

පොටවල් ගණන පමණක් නොව, දඟරය තුළට ෆෙරයිට් (ferrite) වැනි විශේෂ ද්‍රව්‍යකින්  සැදු කූරක් ඇතුලු කර තවත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ප්‍රබල කළ හැකිය. දඟරය හරහා යන ධාරාව වැඩි කිරීමෙන්ද චුම්භක ගුණය වැඩි කළ හැකිය.

    
දොඹකරවල පමණක් නොව, විදුලි රිලේ (relay) යන උපාංගයද, වාහනවල ඇති හෝන් (horn) එකද විදුලි මෝටර්වල යොදන සාමාන්‍ය කාන්දම් කාන්දම් වෙනුවට වෙනුවටද මෙම විද්‍යුත් චුම්භක යොදා ඇත. කෑලි (ඔබ කුඩා මෝටර් එහෙම ගලවා ඇතිවට සැකයක් නැහැ. එම මෝටර්වල කාන්දම් කෑලි ඔබ දැක තිබෙනවා. විශාල මෝටර් සඳහා ප්‍රබල විශාල කාන්දම් සෑදීම වියදම් අධිකය. එමනිසා ඒ වෙනුවට විද්‍යුත් කාන්දම් පහසුවෙන් භාවිතා කෙරේ.)
‍ඉහත ආකාරයට විද්‍යුත් චුම්භකයක් සේ ‍මෙම කොයිල් භාවිතා කිරීම සාමාන්‍ය විදුලි හා යාන්ත්‍රික විද්‍යාව තුළ සිදු වුවද, ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් තුළ වැඩි පුරම කොයිල් භාවිතා කරන්නේ ප්‍රේරක විදියටයි. මෙම ප්‍රේරක කොයිල් පෙනුමෙන් දෙයාකාරයකට තිබේ.
1.       සොලිනොයිඩ් (solenoid) දඟරය
    


2.       ටොරොයිඩ් (toroid) දඟරය. මෙයට උළුඳු වඩේ එකක පෙනුමක් ඇත.
   



සොනිනොයිඩ් හෝ ටොරොයිඩ් හෝ හැඩයෙන් යුතු කුමන හෝ ඉන්ඩක්ටරයක රූපමය සංඛේතය පහත දැක්වේ.

ප්‍රේරකයක් හරහා ඒසී හා ඩීසී යන දෙයාකාරයේම විදුලිය ගමන් කිරීමට හැකිය. එහෙත් අප වෙන වෙනම ඒ අවස්ථා දෙක ගැන සලකා බලමු. ඩීසී විදුලියක් කොයිලය හරහා ගමන් කරන විට, (දකුණත් නියමයට අනුකූලව) චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හටගනී. එය නොකඩවා කොයිලය ආශ්‍ර‍ය කරගනිමින් පවතී. ඩීසී විදුලිය නියත අගයක් දිගටම පවතී නම්, එම චුම්භක ‍කෂේත්‍රයද නොවෙනස්ව පවතී.

ඒසී විදුලිය කොයිලය හරහා යන විට, ඒසී විදුලිය අඛණ්ඩව වෙනස් වෙමින් පවතින නිසා, කොයිලය ආශ්‍රය කරගනිමින් පවතින චුම්භක ක්ෂේත්‍රයද ඊට අනුරූපව වෙනස් වෙමින් පවතී.

ඒසී විදුලියේ පළමු අර්ධයේදී චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ විශාලත්වය ශූන්‍යයේ සිට යම් උපරිම විශාලත්වයක් දක්වා වැඩි වී නැවැත ශූන්‍යය දක්වා අඩු වනවා පමණක් නොව, ඒසී විදුලියේ ඊ ළඟ අර්ධයේදී එම චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ දිශාව වෙනස් වී, එම නව දිශාව ඔස්සේ ක්ෂේත්‍රය ශූන්‍යයේ සිට ක්‍රමයෙන් උපරිමය දක්වා වැඩි වී ගොස් නැවත ශූන්‍යය දක්වා අඩු වේ. මෙලෙස, ඒසී විදුලියේදි නිරන්තරයෙන් දිශාව මාරු කරමින් චුම්භක ක්ෂේත්‍රය පවතී.


සටහන
චුම්භක හෙවත් කාන්දම් (magnet) යනු අතීතයේ සිට අද දක්වාද මිනිසාව පුදුමයට පත් කළ දෙයකි. කාන්දම්වලට යම් යම් දේවල් කිරීමට (යකඩ ආදිය ආකර්ෂණය කර චලනය කිරීමට) හැකියාවක් ඇත. එනම්, වුම්භකද විදුලිය සේම තවත් ශක්ති ප්‍රභේදයකි. විද්‍යාව දියුණුවත්ම, චුම්භක ශක්තියත් විදුලි ශක්තියත් යනු දෙකක් නොව එකක් බව තේරුම් ගත්තා. විදුලියෙන් වුම්භක ලක්ෂණ ඇති කළ හැකි බව ඉහතදී පෙන්නුවා (විද්‍යුත් චුම්භක ගැන කතා කරන විට). එලෙසම, චුම්භක මගින් විදුලිය නිපදවීමද කළ හැකිය. ජෙනරේටරය යනු එලෙස චුම්භකවලින් විදුලිය නිපදවන උපකරණයයි. මෙයින් පෙනෙනවා චුම්භක හා විදුලිය එකම ශක්තියක ස්වරූප දෙකක් පමණක් බව. චුම්භක ගැන ඉතා හොඳ විස්තරයක් පසු පොතක කෙරෙනු ඇත.

යම් ප්‍රේරකයක් අසල තවත් ප්‍රේරකයක් තබා ඉන් එක ප්‍රේරකයක් පමණක් විදුලිය සම්බන්ද කළ විට, අනෙක් කොයිලයේද යම් විදුලියක් හට ගනී. ප්‍රේරණය (induction) යන වචනයේ තේරුමම මෙය වේ (එනම්, යම් දෙයක් මගින් තව දෙයකට බලපෑමක් සිදු කිරීම. හොඳ මිතුරන් සිටියොත් ඔබද හොඳ කෙනෙකු වන්නේ ඔවුන්ගේ හොඳකම ඔබට ප්‍රේරණය (බලපාන) බැවිනි.) මෙය සිදුවන්නේ (රූපයේ රතු පාටින් ඇති රේඛා මගින් නිරූපණය වන) චුම්භක බල රේඛා පළමු කොයිලය තුළින් ධාරාවක් ගලා යෑම හේතුවෙන් නිපදවී එම රේඛා දෙවැනි කොයිලයට බලපාන නිසාය.

මෙම ප්‍රේරණය සඳහා කොයිල් දෙකක් සහභාගි වූ නිසා, මෙයට අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය (mutual inductance) යන නම භාවිතා කෙරෙනවා. ඇත්තටම එක කොයිලයක (ඉහත රූපයේ coil 1 යන කොයිලය) පමණයි විදුලිය ගමන් කළේ. එම විදුලිය ගමන් කිරීම නිසා අනෙක් කොයිලයේද යම් විදුලියක් (හෙවත් විදුලි ධාරාවක්) හට ගත්තා. (රූපයේ coil 2 යන කොයිලය ගැල්වනෝමීටරය නම් මීටරයකට සවිකර ඇත්තේ, මෙම නිපදවෙන ධාරාවේ විශාලත්වය මැනීමටයි.) මෙම දෙවැනි කොයිලයේ හටගත් විදුලි ධාරාවට ප්‍රේරිත විදුලි ධාරාව (induced current) යැයි පවසනවා. මෙහිදී සිදු වූයේ, විදුලි ධාරාව ගමන් කිරීම නිසා එම කොයිලයේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හට ගෙන එම චුම්භක ක්ෂේත්‍රයෙන් දෙවැනි කොයිලය “වෙළා ගැනීමය”. චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ තිබෙන සන්නායකයකින් විදුලියක් අලුතින් බිහි වේ. මෙම අලුත්න් දෙවැනි කොයිලය තුළ බිහි වූ ධාරාව හැම විටම ගමන් කරන්නේ අනෙක් කොයිලයේ ධාරාව ගලන දිශාවට විරුද්ධ දිශාවටය. ට්‍රාන්ස්ෆෝර්මර් නම් විදුලි උපාංගයද වැඩ කරන්නේ මෙම න්‍යාය මතය. (මේවා ගැන සවිසත්රාත්මකව කීමට බොහෝ දේ ඇතත්, ඒවා ඉහතදී පොරොන්දු වූ පරිදි චුම්භක ගැන විස්තරත් සමගම පසුව දක්වනු ලැබේ.)
දැන්, එක කොයිලයක් පමණක් ගෙන ඊට විදුලිය සපයමු. (පෙර සේ දෙවැනි කොයිලයක් නැත.) එවිට මෙම කොයිලය තුළින් ධාරාවක් ගලා යෑම හේතුවෙන් පෙර සේම චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් හට ගනී. එම චුම්භක ක්ෂේත්‍රය විසින්ම එම කොයිලයම ‍”වෙළා ගනී”. එනිසා එම කොයිලයේ අලුතින් ප්‍රේරිත ධාරාවක් ගලා යෑමට පටන් ගන්නා අතර, පෙර කී ලෙසම එම අලුත් ධාරාව ගමන් කරන්නේ දැනට ගමන් කරන ධාරාවට විරුද්ධ දිශාවටයි.
   

මෙම ප්‍රේරණය ස්වයංප්‍රේරණය (self inductance) යන නමින් හැඳින් වේ. අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය මෙන් නොව, මෙම ස්වයංප්‍රේරණය කිසිසේත් වැලැක්විය නොහැකි බව ඔබට තේරුම් යා යුතුය. (අන්‍යොන්‍ය ප්‍රේරණය නම් දෙවැනි කොයිලයක් නොතැබීමෙන් පහසුවෙන්ම වැලැක්විය හැකිය.) එමනිසා, කොයිලයක මෙම ස්වයංප්‍රේරණය ඉතා වැදගත් ලක්ෂණයකි. ඉන්ඩක්ටරයක හෙන්රි නම් ඒකකයෙන් මනින ප්‍රේරණතාව ගැන සඳහන් කරන විට, ඒ සඳහන් වෙන්නේ මෙම ස්වයංප්‍රේරණ අවස්ථාව බව මතක තබා ගන්න.
බොහෝ විට රෙසිස්ටර් කැපෑසිටර් වැනි අනෙක් උපාංග මෙන් ඉන්ඩක්ටර් කඩෙන් මිල දී ගන්නේ නැත. ඒ වෙනුවට කරන්නේ තමන්ට අවශ්‍ය අගයන්ගෙන් යුත් කොයිල් පහසුවෙන් තමන් විසින්ම සාදා ගැනීමයි. නියමිත අගයන් (හෙන්රි ගණන) ගණනය කිරීමට සූත්‍ර පවතී. (මෙම විස්තර ඊ ළඟ පොතේ ඇත.) එම සූත්‍රයකට අනුව, පැන්සල් කොටයක් හෝ වෙනත් එවැනි දණ්ඩක් වටා අවශ්‍ය වට ගණන සුදුසු මහතකින් යුත් “කොයිල් කම්බියකින්” ඔතා ගත් විට ඉන්ඩක්ටරය සාදා ගත හැකිය. එහෙත්, අවශ්‍යම නම් ඉන්ඩක්ටර් කඩෙන්ද මිල දී ගත හැකිය. පෙර සේම, හෝල්-තෲ හා SMD යන ආකාර දෙකෙන්ම පවතී. (SMD ආකාරය පවතින්නේ ඉතා කුඩා හෙන්රි අගයන් සඳහා පමණි. ඊට හේතුව ස්වභාවයෙන්ම ඉන්ඩක්ටර් විශාල වීමයි.)



අවසාන වශයෙන් කිව යුත්තේ ප්‍රේරකයකටද ධාරිත්‍රකයකට හැකි වූවා සේම යම් විදුලි ශක්තියක් ගබඩා කරගත හැකිය. කැපෑසිටරයක එම ශක්තිය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක ගබඩා කර ගත්තත්, ඉන්ඩක්ටරයක් එම ශක්තිය චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක ගබඩා කර ගනී. (රෙසිස්ටරයකට ශක්තිය කිසිසේත් ගබඩා කර තබා ගැනීමට හැකියාවක් නැත. ඒ වෙනුවට රෙසිස්ටරය හැම විටම කරන්නේ ශක්තිය හානි/වැය කිරීම පමණි.) මේ අනුව, ධාරිත්‍රක හා ප්‍රේරක යනු විදුලි ශක්ති ගබඩා කර තබා ගන්නා උපාංගද වන බව මතක තියා ගන්න. මෙම ශක්තිය ගබඩා කරගැනීමේ හැකියාව ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් පරිපථ තුළ නිතර ප්‍රයෝජනයට ගැනේ.

2 comments:

  1. This comment has been removed by the author.

    ReplyDelete
    Replies
    1. මා ලියා ඇති පාඩම් කියවා බලන්න. ඉගෙන ගන්න කොට කම්මැලි වෙලා (පතපොත තිබියදීත් ඒවා නොකියවා) සිටීම හොඳ දෙයක් නොවේ.

      Delete