অস্তরক

একটি ক্যাপাসিটর তখনই কাজ করতে পারে যখন এর দুটি পাত/পরিবাহী পাত একে অপরকে স্পর্শ না করে, যাতে বৈদ্যুতিক আধান এক পরিবাহী থেকে অন্য পরিবাহীতে স্থানান্তরিত না হয়। একইভাবে, বৈদ্যুতিক আধান যাতে পরিবাহী থেকে বাতাসে স্থানান্তরিত না হয়, সেজন্য দুটি পরিবাহীর মধ্যবর্তী স্থানটি অবশ্যই শূন্যস্থান (ভ্যাকুয়াম) হতে হবে। সমান্তরাল পাত ক্যাপাসিটর সম্পর্কিত প্রবন্ধে, এমন একটি সমান্তরাল পাত ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে, যেখানে দুটি পাত একটি শূন্যস্থান দ্বারা পৃথক করা থাকে। শূন্যস্থানে একটি ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্সের সীমাবদ্ধতা রয়েছে, তাই ক্যাপাসিট্যান্স বাড়ানোর জন্য দুটি পাত/পরিবাহী পাতের মধ্যে একটি ডাইইলেকট্রিক স্থাপন করা হয় ।

ডাইইলেকট্রিক হলো এমন একটি অন্তরক যা ক্যাপাসিটরের দুটি পরিবাহী পাতকে পৃথক করে রাখে। অন্তরক হলো এমন একটি পদার্থ যা বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না, যেমন প্লাস্টিক, কাচ, কাগজ বা কাঠ। ডাইইলেকট্রিকের কাজ হলো ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি করা, যার ফলে ক্যাপাসিটর প্রচুর পরিমাণে বৈদ্যুতিক আধান এবং স্থিতিশক্তি সঞ্চয় করতে পারে।

ডাইইলেকট্রিক ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি করে, কারণ এর দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী বৈদ্যুতিক বিভব হ্রাস পায়।

দুটি পাত বা পরিবাহী পত্রের মাঝে একটি পরাবৈদ্যুতিক পদার্থ রাখলে ধারকের ধারকত্ব কেন বৃদ্ধি পায়? এই প্রশ্নের উত্তর জানতে হলে, প্রথমে পূর্ববর্তী পাঠটি স্মরণ করুন। বৈদ্যুতিক চার্জসমধর্মী বৈদ্যুতিক চার্জ পরস্পরকে বিকর্ষণ করে, অপরদিকে বিপরীতধর্মী বৈদ্যুতিক চার্জ পরস্পরকে আকর্ষণ করে। উদাহরণস্বরূপ, ধনাত্মক চার্জ পরস্পরকে আকর্ষণ করে। ডাইইলেকট্রিক ৪ঋণাত্মক চার্জ আকর্ষণ করে, কিন্তু ধনাত্মক চার্জ বিকর্ষণ করে। তাহলে কেন ঋণাত্মক চার্জযুক্ত প্লাস্টিক বৈদ্যুতিকভাবে চার্জবিহীন কাগজের ছোট টুকরোগুলোকে আকর্ষণ করতে পারে? এমনটা ঘটে কারণ কাগজের টুকরোগুলো চার্জ পোলারাইজেশনের শিকার হয়। কাগজের মতো অন্তরক পদার্থের ইলেকট্রনগুলো পরিবাহী পদার্থের ইলেকট্রনের মতো অবাধে চলাচল করতে পারে না। তাই যখন ঋণাত্মক চার্জযুক্ত প্লাস্টিককে কাগজের টুকরোগুলোর কাছে আনা হয়, তখন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ ইলেকট্রনগুলো ঋণাত্মক চার্জযুক্ত প্লাস্টিক থেকে বিকর্ষিত হয়, যার ফলে কাগজের উপর থাকা ঋণাত্মক ও ধনাত্মক চার্জের পোলারাইজেশন ঘটে। কাগজের উপর থাকা ঋণাত্মক চার্জ প্লাস্টিক থেকে দূরে থাকে, আর ধনাত্মক চার্জ প্লাস্টিকের কাছে চলে আসে। উপরন্তু, প্লাস্টিকের উপর থাকা ঋণাত্মক চার্জ কাগজের টুকরোগুলোর উপর থাকা ধনাত্মক চার্জকে আকর্ষণ করতে থাকে যতক্ষণ না হালকা রঙের কাগজটি প্লাস্টিকের কাছে চলে আসে।

আরও পড়ুন  শক্তির সমবন্টন তত্ত্ব

কাগজের মধ্যে যে পোলারাইজেশন প্রক্রিয়া বা চার্জ পোলারাইজেশন ঘটে, তা একটি ডাইইলেকট্রিকের মধ্যে ঘটা চার্জ পোলারাইজেশনের অনুরূপ। উদাহরণস্বরূপ, বাম দিকের ছবিতে যেমন দেখানো হয়েছে, প্রাথমিকভাবে কেবল দুটি বৈদ্যুতিকভাবে চার্জিত পরিবাহী পাত থাকে। বাম পাতটি ধনাত্মকভাবে চার্জিত এবং ডান পাতটি ঋণাত্মকভাবে চার্জিত, তাই তড়িৎ ক্ষেত্রের দিক বাম থেকে ডানে হয়।

দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যে ডাইইলেকট্রিক স্থাপন করার পর, বাম পাতের ধনাত্মক চার্জ নিকটবর্তী ডাইইলেকট্রিক পৃষ্ঠের ইলেকট্রনগুলোকে আকর্ষণ করে এবং ডান পাতের ঋণাত্মক চার্জ নিকটবর্তী ডাইইলেকট্রিক পৃষ্ঠের ইলেকট্রনগুলোকে বিকর্ষণ করে। ডাইইলেকট্রিক, যা একটি অন্তরক, তার ভেতরের ইলেকট্রনগুলো পরিবাহীর ইলেকট্রনগুলোর মতো অবাধে চলাচল করতে পারে না। তাই, ইলেকট্রনগুলো পরমাণুর সাথে আবদ্ধ থাকে, কিন্তু ছবিতে যেমন দেখানো হয়েছে, ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ইলেকট্রন এবং ধনাত্মক চার্জযুক্ত প্রোটনগুলোর মধ্যে একটি পোলারাইজেশন ঘটে। ডাইইলেকট্রিক পরমাণুগুলোর ডানদিকে ধনাত্মক চার্জ এবং বামদিকে ঋণাত্মক চার্জের উপস্থিতি একটি তড়িৎ ক্ষেত্র তৈরি করে যা ডান থেকে বাম দিকে অভিমুখী, যার ফলে পরিবাহী পাতের তড়িৎ চার্জ দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রটি দুর্বল হয়ে যায়, যা বাম থেকে ডান দিকে অভিমুখী। সুতরাং, তড়িৎ ক্ষেত্র হ্রাস পায় দুটি পাত/পরিবাহী পাতের তড়িৎ চার্জ কমে যাওয়ার কারণে নয়, বরং ডাইইলেকট্রিকের মধ্যে বিপরীত দিকে একটি তড়িৎ ক্ষেত্র আবির্ভূত হওয়ার কারণে। যখন ডাইইলেকট্রিকটি সরিয়ে ফেলা হয়, তখন দুটি প্লেট/পরিবাহী পাতের উপর থাকা বৈদ্যুতিক আধান দ্বারা উৎপন্ন তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য তার মূল অবস্থায় ফিরে আসে।

আরও পড়ুন  ইন্ডাক্টর আলোচনা প্রশ্নাবলীর উদাহরণ

ডাইইলেকট্রিক ৪যদি দুটি পরিবাহী পাতের উপর থাকা তড়িৎ আধানের কারণে উৎপন্ন তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য হ্রাস পায়, তবে তড়িৎ ক্ষেত্রের কারণে পাত দুটির মধ্যবর্তী তড়িৎ বিভবও হ্রাস পায়।ডাইইলেকট্রিক ৪ E = V / d সমীকরণ অনুসারে বিদ্যুৎ বিভবের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক, যেখানে E = তড়িৎ ক্ষেত্র, V = তড়িৎ বিভব এবং d = দুটি পাতের মধ্যবর্তী দূরত্ব। যদি পূর্বে একটি পরাবৈদ্যুতিক পাত থাকতো, তাহলে তড়িৎ বিভব ছিল V।o সুতরাং, একটি ডাইইলেকট্রিক থাকার পর, বৈদ্যুতিক বিভব K গুণ কমে V হয়। গাণিতিকভাবে, Vo = কেভি অথবা ভি = ভিo / K অথবা K = Vo / V, যেখানে K = পরাবৈদ্যুতিক ধ্রুবক। Vo V এমনভাবে যাতে K>1 হয়।
উল্লেখ্য যে, উভয় পাত/পরিবাহী পাতের উপর বৈদ্যুতিক আধানের পরিমাণ অপরিবর্তিত থাকে, ফলে চূড়ান্ত আধানের পরিমাণ প্রাথমিক আধানের পরিমাণের সমান হয় (Q = Q)।oক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্সের পরিবর্তন নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা হয়:

ডাইইলেকট্রিক ৪

সূত্রের বিবরণ: C = চূড়ান্ত ধারকত্ব, C o = প্রাথমিক ধারকত্ব, Q = চূড়ান্ত আধান, Q o = প্রাথমিক আধান, V = চূড়ান্ত বিভব, V o = প্রাথমিক বিভব, K = পরাবৈদ্যুতিক ধ্রুবক

উপরের সমীকরণের উপর ভিত্তি করে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, প্রাথমিক ক্যাপাসিট্যান্স (C₀ ) কম এবং চূড়ান্ত ক্যাপাসিট্যান্স (C) বেশি। ক্যাপাসিট্যান্স K গুণ বৃদ্ধি পায়, যেখানে K হলো ডাইইলেকট্রিক ধ্রুবক। প্রতিটি অন্তরক পদার্থের ডাইইলেকট্রিক ধ্রুবকের মান ভিন্ন ভিন্ন হয়। একটি ক্যাপাসিটরের ডাইইলেকট্রিক ব্যবহার করার সময়কার ক্যাপাসিট্যান্স এবং ডাইইলেকট্রিক ব্যবহার না করার সময়কার ক্যাপাসিট্যান্সের তুলনা করেই ডাইইলেকট্রিক ধ্রুবক (K) নির্ণয় করা হয়।

দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী দূরত্ব কমার সাথে সাথে ডাইইলেকট্রিকের ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি পায়।

ডাইইলেকট্রিকের আরেকটি কাজ হলো দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী দূরত্ব (d) হ্রাস করা, যার ফলে E = V / d সমীকরণ অনুসারে পাত দুটির মধ্যে তড়িৎ ক্ষেত্র (E) এবং তড়িৎ বিভব (V) বৃদ্ধি পায়। যদি পাত দুটির মধ্যে তড়িৎ ক্ষেত্র এবং তড়িৎ বিভব বৃদ্ধি পায়, তবে ক্যাপাসিটরের ধারকত্ব বৃদ্ধি পায়।
যদি প্রশ্নোক্ত ক্যাপাসিটরটি একটি সমান্তরাল পাত হয়, তবে এর ক্যাপাসিট্যান্স নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা হয়:

আরও পড়ুন  দড়ি ও পুলি লোড সিস্টেমে নিউটনের সূত্র প্রয়োগের উদাহরণ

ডাইইলেকট্রিক ৪

উপরের দুটি সূত্রের উপর ভিত্তি করে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, দুটি পাত/পরিবাহী পত্রের মধ্যবর্তী দূরত্ব (d) কমিয়ে একটি সমান্তরাল পাত ধারকের ধারকত্ব (C) বাড়ানো যেতে পারে।

ডাইইলেকট্রিক ক্যাপাসিট্যান্স বাড়ায়, কারণ এর ফলে ক্যাপাসিটরের ডাইইলেকট্রিক স্ট্রেংথ বৃদ্ধি পায়।

ডাইইলেকট্রিক এমন অন্তরক পদার্থ দিয়ে তৈরি যা খুব শক্তিশালী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে রাখলে ব্রেকডাউনের শিকার হয়। ডাইইলেকট্রিক ব্রেকডাউন তখন ঘটে যখন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি এতটাই শক্তিশালী হয় যে এটি পরমাণু থেকে ইলেকট্রনকে বিচ্যুত করে, এবং এই ইলেকট্রনগুলো অন্য পরমাণুর ইলেকট্রনের সাথে সংঘর্ষে লিপ্ত হয়, যার ফলে ডাইইলেকট্রিকের মধ্যে ইলেকট্রন প্রবাহ সৃষ্টি হয়। অন্য কথায়, ডাইইলেকট্রিক ব্রেকডাউনের কারণে ডাইইলেকট্রিক, যা একটি বৈদ্যুতিক অন্তরক, একটি বৈদ্যুতিক পরিবাহীতে পরিণত হয়।

ক্ষতি এড়ানোর জন্য, একটি নির্দিষ্ট অন্তরক পদার্থ দিয়ে তৈরি প্রতিটি ডাইইলেকট্রিকের একটি সর্বোচ্চ তড়িৎ ক্ষেত্রের মান থাকে যা এটি সহ্য করতে পারে, যাকে ডাইইলেকট্রিক স্ট্রেংথ বলা হয়। একটি অন্তরক পদার্থের ডাইইলেকট্রিক স্ট্রেংথ বায়ুর ডাইইলেকট্রিক স্ট্রেংথের চেয়ে বেশি এবং প্রতিটি অন্তরক পদার্থের ডাইইলেকট্রিক স্ট্রেংথ ভিন্ন ভিন্ন হয়; কোনোটির মান কম এবং কোনোটির বেশি। তাই যদি বেশি ডাইইলেকট্রিক স্ট্রেংথের কোনো ডাইইলেকট্রিক ব্যবহার করা হয়, তবে এটি যে তড়িৎ ক্ষেত্র ধারণ করতে পারে তা বেশি হয় এবং যে তড়িৎ ভোল্টেজ ধারণ করতে পারে তাও বেশি হয়। যদি দুটি প্লেট/পরিবাহী পাত দ্বারা উৎপন্ন তড়িৎ ক্ষেত্র এবং তড়িৎ ভোল্টেজ বেশি হয়, তবে পরিবাহী প্লেটটি যে পরিমাণ তড়িৎ আধান ধারণ করতে পারে তাও বেশি হয়। পরিবাহী প্লেটে যত বেশি আধান থাকে, ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স তত বেশি হয়।

 

একটি মন্তব্য করুন