විදුලි ක්ෂමතාව

විදුලි ක්ෂමතාව(විද්‍යුත් ක්ෂමතාව) යනු කිසියම් පරිපථයක ඒකක කාලයක් තුල විද්‍යුත් ශක්තිය ගමන් කිරීමේ සිඝ්‍රතාවයයි. එහි අන්තර් ජාතික ඒකකය වන්නේ, තත්පරයට ජූල් එකක්, එනම් වොට්.

විදුලි බලය සම්ප්‍රේෂණය කරනුයේ මෙවැනි කුළුණු හා කණු මත රැදවූ රැහැන් වලින් සහ භූගත අධි වෝල්ටීය රැහැන් වලිනි.

විදුලි බලය සාමාන්‍යයෙන් විදුලි ජනක වලින් නිපදවන අතර වියළි කෝෂ වැනි ප්‍රභව වලින් වුවද සැපයිය හැකිය. විදුලි උත්පාදන කර්මාන්තයේදී විදුලි ජනක වලින් නිපදවන විදුලිය, පිහිටුවා ඇති විදුලි බල පද්ධතියක් හරහා ව්‍යාපාරික ස්ථාන සහ නිවාස වලට ලබාදෙයි. එහිදී විදුලිය මිලට දෙනු ලබන්නේ කිලෝ වොට් පැය(3.6 මෙගා ජූල්) ලෙසිනි . එනම් වැය කල විදුලි ක්ෂමතාවයේ වොට් අගය ගතවූ කාලයේ පැය අගයෙන් ගුණකිරීමෙනි. පාරිභෝගිකයාට ලබාදී ඇති මුළු විදුලි ශක්ති ප්‍රමාණය දැක්වෙන විදුලි මාපකය(විදුලි මීටරය) විදුලි ක්ෂමතාවයේ භාවිතය මැනීමට යොදාගනී.

විදුලිය අඩු එන්ට්‍රොපිය ශක්ති ආකාරයක් බැවින් බොහෝ දුර ප්‍රමාණයකට සම්ප්‍රේෂණය කිරීමටත් ආලෝකය, තාපය වැනි වෙනත් ශක්ති ප්‍රභේද වලට ඉහළ ශක්ති කාර්යක්ෂමතාවකින් පරිවර්තනය කිරීමටත් හැකිය.

අර්ථ දැක්වීම

යාන්ත්‍රික ක්ෂමතාව මෙන්ම විදුලි ක්ෂමතාවද යනු විද්යුත් ශක්තියෙන් කාර්යය කිරීමේ සිඝ්‍රතාවයයි. එය වොට් ඒකකයෙන් මනිනු ලබන අතර විද්‍යාවේදී එය නිරුපණය කරනුයේ P ලෙසිනි. වෝටියතාවය ලෙසද මෙය හඳුන්වයි එනම් "වොට් වලින් විද්යුත් ක්ෂමතාවය" යන්න. මෙම වෝටියතාව ගණනය කරනුයේ සෑම t කාලයක් තුලදීම V (වෝල්ටීයතාව)විභව අන්තරයක් හරහා I විද්යුත් ධාරාව හරහා කුලෝම Q ආරෝපණ ප්‍රමාණයක් රැගෙන යාමට වැයකරන කාර්යයයි.

$P={\text{work done per unit time}}={\frac {VQ}{t}}=VI\,$

මෙහි,

Q යනු විද්යුත් ආරෝපණ අගය කුලෝම වලින් 

t යනු කාලය තත්පර වලින් 

I යනු විදුලි ධාරාවේ අගය ඇම්පියර් වලින් 

V යනු විද්‍යුත් විභවය එනම් වෝල්ටීයතාව වෝල්ට් වලින්

පැහැදිලි කිරීම

මෙහි දැක්වෙන්නේ විද්යුත් භාරයක ආදර්ශ සටහනකි.

විදුලි පරිපථයක ඇති විද්‍යුත් විභව අන්තරයක්(වෝල්ටීයතාව) හරහා විදුලි ආරෝපණ ගමන් කිරීමෙන් ඇතිවන විද්‍යුත් සංරචක මගින් විද්‍යුත් ශක්තිය වෙනත් ශක්ති ප්‍රභව බවට හැරවිය හැක. මෙහිදී පරිපථයේ ඇතිවන විද්‍යුත් සංරචක ප්‍රධාන ලෙස වර්ග දෙකකට වෙන්කළ හැකිය:

• අක්‍රීය උපකරණ(Passive devices) හෙවත් භාරයන් : විදුලි උපකරණයක් පරිපථයකට සම්බන්ධ කල විට ඉහල අගයක සිය පහල අගයකට ඇතිවෙන විභව අන්තරය හරහා විදුලි ආරෝපණ ගමන් කිරීමෙන් එනම් සාමාන්‍ය විදුලි සංචරණය (ධන ආරෝපණ) ධන(+) අග්‍රයේ සිට ඍන අග්‍රය දක්වා ගමන් කිරීමෙන්, විදුලි උපකරණයෙන් අදාළ කාර්යය කරගත හැකිය. මෙලෙස අග්‍ර අතර ඇති වෝල්ටීයතාව නිසා ආරෝපණ වල ඇති විභව ශක්තිය, චාලක ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වෙයි. මෙවැනි උපකරණයක් භාරය (අක්‍රීය යෙදුම්- passive components )ලෙස හඳුන්වයි; එනම් මේවා විදුලි පරිපථයෙන් විදුලිය පරිභෝජනය කර එය යාන්ත්‍රික, තාපය, ආලෝකය වැනි වෙනත් ශක්ති වලට පරිවර්තනය කරයි. උදාහරණ ලෙස විදුලි බල්බ, විදුලි මෝටර, සහ විදුලි තාපකය වැනි විදුලි උවාරණ දැක්විය හැකිය. ප්‍රත්‍යාවර්ථ විදුලි පරිපථ වලදී විද්‍යුත් වෝල්ටීයතා දිශාව කලින් කලට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශා වලට වන නමුත් විදුලි ධාරාවේ දිශාව සෑම විටම ඉහළ විභවයේ සිට පහළ විභවය දෙසටයි. 
  

මෙහි දැක්වෙන්නේ ශක්ති ප්‍රභවයෙහි ආදර්ශ සටහනකි.

• සක්‍රීය උපකරණ(Active devices) හෙවත් ප්‍රභව: බාහිර බලයක් මගින් විදුලි උපකරණයක, ආරෝපණ අඩු විද්‍යුත් විභාවයේ සිට වැඩි විභවය ගමන් කරවා (එනම් ධන ආරෝපණ, ඍන අග්‍රයේ සිට ධන අග්‍රයට ගමන් කරවා) යාන්ත්‍රික හෝ රසායනික ශක්තිය විද්‍යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරගත හැකිය. මෙවැනි උපකරණ සක්‍රීය උපකරණ (Active devices) හෙවත් විද්‍යුත් ශක්ති ප්‍රභව ලෙස හඳුන්වයි. විදුලි ජනක යන්ත්‍ර, විදුලි බැටරිය උදාහරණ ලෙස දැක්විය හැකිය.
  

ඇතැම් විදුලි උපකරණ විටක ප්‍රභවයක් ලෙසද, විටක භාරයක් ලෙසද ක්‍රියා කරයි. උදාහරණයක් ලෙස නැවත ආරෝපණය කල හැකි බැටරි(rechargeable battery) විටක විද්‍යුත් ප්‍රභවයක් ලෙස පරිපථයට විදුලිය ලබාදෙන අතර විටක විද්යුත් භාරයක් ලෙස බැටරි ආරෝපණ උපකරණයකට(battery charger) සම්බන්ධ කළවිට එය ආරෝපණ ගැන්වේ.

Passive sign convention

විද්‍යුතය උපාංගයක් ඇතුළට හෝ පිටට ගමන් කරන බැවින් ධන විද්‍යුත් ධාරාවේ දිශාව පෙන්නුම් කිරීමට සම්මතයක් අවශ්‍යවේ.. එහිදී පරිපථයේ විදුලි ධාරාව උපාංගය තුලට ගමන් කරයි නම් එය ධන සංඥාවක්(සලකුණක්) ලෙසද, උපාංගයෙන් පිටතට ධාරාව ගමන් කරයි නම් එය ඍන සංඥාවක්(සලකුණක්) ලෙසද දක්වයි. මෙලෙස ගත්විට අක්‍රීය උපාංග ධන විදුලි පරිභෝජනයක්ද විද්‍යුත් ප්‍රභව ඍන විදුලි පරිභෝජනයක්ද සිදුකරයි. මෙය අක්‍රීය සංඥා සම්මතය නම් වේ(passive sign convention).

ප්‍රතිරෝධී පරිපථ

පරිපථයේ ඇතිවන ප්‍රතිරෝධතාවය(ඕ(හ්)ම් හෝ රේඛීය ) සඳහා ජූල් ගේ නියමය(Joule's law), ඕ(හ්)ම් ගේ නියමය(Ohm's law (V = I·R)) සමග සම්බන්ධ කිරීමෙන් වැයකරන ලද විද්‍යුත් ශක්තිය(P) ගණනයට ප්‍රකාශයක් ලබාගත හැකිය.

$P=IV=I^{2}R={\frac {V^{2}}{R}},$

මෙහි R යනු විද්යුත් ප්‍රතිරෝධතාවය.

ප්‍රත්‍යාවර්ථන ධාරාව 

ප්‍රත්‍යාවර්ථ ධාරා පරිපථවල ඇති විද්‍යුත් ප්‍රේරණය සහ ධාරිතා බලය වැනි ශක්ති ගබඩා වන සාධක හේතුවෙන් බලශක්ති ප්‍රවාහයේ දිශාව කාලානුරුපව වෙනස් වේ. එක් දිශාවකට ගමන් කරන මුළු ශක්තිය එනම් ප්‍රත්‍යාවර්ථ ධාරා තරංග රටාව සාමාන්‍යයෙන් සපුරන ශක්ති ප්‍රවාහයේ එම කොටස සැබෑ(තාත්වික) ශක්තිය (real Power) ලෙස හඳුන්වයි. (විටක ක්‍රියාකාරී ශක්තිය ලෙසද හඳුන්වයි.). එමෙන්ම තරංග රටාවේ චක්‍රයේදී ශක්ති ප්‍රවාහයේ, ප්‍රභවය වෙතට ශක්තිය ලබාදී ශක්තිය ගබඩා කරන කොටස ප්‍රතික්‍රියක ශක්තිය (reactive power) ලෙස හඳුන්වයි. දෙන ලද උපකරණයක ක්ෂය වන සැබෑ ශක්තිය P අගය වොට් වලින් පහත අයුරින් ලබාගනී.

$P={1 \over 2}V_{p}I_{p}\cos \theta =V_{rms}I_{rms}\cos \theta \,$

මෙහි

Vp යනු උපරිම වෝල්ටීයතාවය වෝල්ට් වලින් ද, 

Ip යනු උපරිම ධාරාව ඇම්පියර් වලින් ද, 

Vrms යනු මධ්‍යන්‍ය වර්ග මූල වෝල්ටීයතාව වෝල්ට් ද 

Irms යනු මධ්‍යන්‍ය වර්ග මූල ධාරාව ඇම්පියර වලින් ද 

θ යනු ධාරාව සහ වෝල්ටීයතාව අතර සයින(Sin) තරංග වක්‍රයේ කෝණය ද වේ. 

ප්‍රත්‍යාවර්ථන ධාරාවේ සංරචක සහිත බල ත්‍රිකෝණය.

සැබෑ ක්ෂමතාව(Real power), ප්‍රතික්‍රියක ක්ෂමතාව(Reactive power) සහ ගම්‍යමාන ක්ෂමතාව(Apparent power) අතර ඇති සම්බන්ධය දෛශික මගින් පෙන්විය හැකිය. සැබෑ ක්ෂමතාවය  තිරස් දෛශිකය ලෙසත් ප්‍රතික්‍රියක ක්ෂමතාවය සිරස් දෛශිකය ලෙසත් දැක්විය හැකිය. එලෙස සැබෑ ක්ෂමතාව සහ ප්‍රතිකියක ක්ෂමතාව සම්බන්ධ කර සාදන තිකෝණයේ විකර්ණය ගම්‍යමාන ක්ෂමතාවයේ දෛශිකය වේ. මෙය ක්ෂමතා බල ත්‍රිකෝණය නම් වේ. ඒ අනුව පයිතගරස් ප්‍රමේයය සම්බන්ධ කල විට මෙම ක්ෂමතාවයන් අතර සම්බන්ධය පහත පරිදි ලබාගත හැකිය.

${\mbox{(apparent power)}}^{2}={\mbox{(real power)}}^{2}+{\mbox{(reactive power)}}^{2}$

එමෙන්ම එම ත්‍රිකෝණයේ පාද අතර ආනතිය(θ) අනුව ගම්‍යමාන ක්ෂමතාව මගින්, සැබෑ සහ ප්‍රතික්‍රියක ක්ෂමතාවද ගණනය කල හැකිය. ඒ සඳහා පරිපථයේ ධාරාව සහ විභවය සයින ආකාරයකින් විචලනය වීමද වැදගත් වේ.

${\mbox{(real power)}}={\mbox{(apparent power)}}\cos \theta$

${\mbox{(reactive power)}}={\mbox{(apparent power)}}\sin \theta$

විද්යුත් චුම්බක ක්ෂේත්‍රය

විද්‍යුත් ශක්තිය ගලායන්නේ විද්‍යුත් සහ චුම්බක ක්‍ෂේත්‍ර එකවිට ඇති සහ එම ක්‍ෂේත්‍ර වල විචලනයන් ඇතිවිටය. සරල කමිකරණයක් වන P = V I සමීකරණය වෙනුවට වඩා සංකීර්ණ ගණනයන් සඳහා විද්‍යුත් සහ චුම්බක ක්‍ෂේත්‍ර වල දෛශික ඇතිවිට එම දෛශිකයන්ගේ ගුණිතය අනුකලනය කිරීමෙන්ද විද්‍යුත් ක්ෂමතාව ලබාගත හැකිය.

$P=\int _{S}(\mathbf {E} \times \mathbf {H} )\cdot \mathbf {dA} .\,$

උත්පාදනය

විදුලි උත්පාදන සම්බන්ධ මූලික සිද්ධාන්ත සොයා ගන්නේ ක්‍රි.ව. 1820 සහ 1830 මුල් භාගයේදී බ්‍රිතාන්‍ය ජාතික විද්‍යාඥ මයිකල් ෆැරඩේ විසිනි. ඔහුගේ සරල ක්‍රමවේදය අදටත් භාවිතයට ගනී. එනම් විදුලිය නිපදවනුයේ චුම්බකයක ප්‍රතිවිරුද්ධ ධ්‍රැව අතර තඹ කම්බි වලින් සැදි කම්බි පුඩු හෝ තඹ ලෝහ තැටි චලනය කරවීමෙනි. 

මෙම ක්‍රියාවට අමතරව විදුලි සම්ප්‍රේෂණය, විදුලිය බෙදාහැරීම, විදුලිය ගබඩා කිරීම ආදියද විදුලි බල කර්මාන්තයේදී සිදුවන ක්‍රියාවලීන් වේ.

විදුලි බලය උත්පාදනය කරනුයේ විදුලි බලාගාර වල ඉන්ධන දහනයෙන්, භුතාප ශක්තියෙන් හෝ න්‍යෂ්ඨික විඛණ්ඩනය මගින් උණුසුම් වූ තාප එන්ජිම් වලින් යුතු විද්‍යුත් යාන්ත්‍රික උත්පාදන යන්ත්‍ර මගිනි. අනෙකුත් විදුලි ජනක යන්ත්‍ර බොහෝවිට ක්‍රියාකරනුයේ ගලායන ජලයේ සහ සුළගේ චාලක ශක්තිය මගිනි. ඊට අමතරව සුර්ය කිරණ ද විදුලිය උත්පාදනය සඳහා යොදාගනී.

වියළි කෝෂ(බැටරිය)  යනු කුඩා විද්‍යුත්ග රසායනික කෝෂ එකක් හෝ කිඉපයකින්ඩා සමන්විත ඒතුළ ගබඩා කර ඇති රසායනික ශක්තිය විද්‍යුත් ශක්තිය බවට පත් කළහැකි උපකරණයකි. ක්‍රි.ව. 1800 දී ඇලෙක්සැන්ඩර් වෝල්ටා(Alessandro Volta) විසින් ප්‍රථම වරට සොයාගත් සහ ක්‍රි.ව. 1836 දී ඩැනියෙල් සෙල්(Daniell cell) විසින් තාක්ෂණික වශයෙන් වැඩි දියුණු කල වියළි කෝෂ මේවනවිට ගෘහාශ්‍රිත සහ කර්මාන්ත වශයෙන් සුලභ ශක්ති ප්‍රභවයක් බවට පත් වී තිබේ. ක්‍රි.ව. 2005 ගණනයන්ට අනුව සෑම වසරකදීම ලොව පුරා වියළි කෝෂ නිෂ්පාදකයින් 6% ක වාර්ෂික වර්ධනයක් සමගින් ඇ. ඩො බිලියන 48 ක ආදායමක් ලබයි. වියළි කෝෂ ප්‍රධාන වශයෙන් වර්ග දෙකකි. ඒ එක් වරක භාවිතයෙන් පසු ඉවත්කරන ප්‍රථමික වියළි කෝෂ සහ නැවත නැවතත් කීපවරක් ආරෝපණය කළහැකි ද්විතික වියළි කෝෂ වශයෙනි. වියළි කෝෂ ද අවශ්‍යතාවය අනුව විවිධ ප්‍රමාණ වලින්  සහ විවිධ ශක්ති ප්‍රමාණ වලින් යුතුය.

විදුලිබල උත්පාදනය

විදුලි උත්පාදන කර්මාන්තයෙන් ප්‍රදේශයට අවශ්‍ය ප්‍රමාණයට විදුලිය  නිෂ්පාදනය කොට එකිනෙකට සම්බන්ධ කරනලද ජාලයක් යොදාගනිමින් බෙදාහැරීම සිදුකරයි. විදුලිය ජනනය කරනුයේ මධ්‍යගත විදුලි බලාගාර වලින් හෝ ව්‍යාප්ත කරනලද විදුලිජනක යන්ත්‍ර වලිනි.

භාවිතය 

සංවර්ධිත මෙන්ම සංවර්ධනය වෙමින් පවතින සෑම රටකම බොහෝ නිවාස සහ ව්‍යාපාර සඳහා විදුලි බලශක්තිය අත්‍යාවශ්‍ය සාධකයක් බවට පත්ව තිබේ. එය අදාළ පාරිභෝගිකයාට අනුව වෙනස් වේ. එනම් ගෘහාශ්‍රිත විදුලි උපකරණ ක්‍රියාකර ගැනීමට, කාර්යාලීය විදුලි උපකරණ ක්‍රියාකර ගැනීමට මෙන්ම කර්මාන්ත ශාලාවල යන්ත්‍ර ක්‍රියාත්මක කිරීමටත් එමෙන්ම ප්‍රමාණවත් පරිදි නිවාස සහ වාණිජ වශයෙන් ආලෝකකරණය, තාපනය කිරීම, ආහාර පිසීම සහ කාර්මික ක්‍රියාවලීන් සඳහා ද විදුලිය බෙහෙවින් ප්‍රයෝජනවත් වේ.

මේවත් කියවන්න.

• විදුලි බලාගාර

මුලාශ්‍ර

• Reports on August 2003 Blackout, North American Electric Reliability Council website සංරක්ෂණය කළ පිටපත 2006-06-16 at the Wayback Machine
• Croft, Terrell; Summers, Wilford I. (1987). American Electricians' Handbook (Eleventh ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-013932-6. {{cite book}}: More than one of |ISBN= and |isbn= specified (help); More than one of |author2= and |last2= specified (help)
• Fink, Donald G.; Beaty, H. Wayne (1978). Standard Handbook for Electrical Engineers (Eleventh ed.). New York: McGraw Hill. ISBN 0-07-020974-X. {{cite book}}: More than one of |ISBN= and |isbn= specified (help); More than one of |author2= and |last2= specified (help); More than one of |authorlink= and |author-link= specified (help)