অস্তরক

ডাইইলেকট্রিক হলো এমন একটি অন্তরক যা ক্যাপাসিটরের পরিবাহীর দুটি পাত বা স্তরকে পৃথক করে রাখে। অন্তরক হলো এমন পদার্থ যা বিদ্যুৎ পরিবহন করতে পারে না, যেমন—প্লাস্টিক, কাচ, কাগজ বা কাঠ। ডাইইলেকট্রিকের কাজ হলো ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি করা, যাতে ক্যাপাসিটরটি আরও বেশি বৈদ্যুতিক আধান এবং বৈদ্যুতিক বিভব শক্তি সঞ্চয় করতে পারে।

A ক্যাপাসিটরের যদি উভয় পরিবাহী পাত একে অপরকে স্পর্শ না করে, তবে এটি কাজ করতে পারে, 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 হতে হবে। সমান্তরাল পাত ক্যাপাসিটর সম্পর্কিত আলোচনায়, শূন্যস্থান দ্বারা পৃথক করা সমান্তরাল পাত ক্যাপাসিটরের ধারকত্ব নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে। শূন্যস্থানে ক্যাপাসিটরের ধারকত্বের সীমাবদ্ধতা রয়েছে, তাই ধারকত্ব বাড়ানোর জন্য দুটি পাতের মধ্যে একটি পরাবৈদ্যুতিক স্থাপন করতে হয়।

ডাইইলেকট্রিক ক্যাপাসিট্যান্স বাড়িয়ে দেয়, কারণ দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যে বৈদ্যুতিক বিভব হ্রাস পায়।

দুটি পাত বা শীটের মধ্যে ডাইইলেকট্রিক রাখলে ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স কেন বেড়ে যায়? এই প্রশ্নের উত্তর জানতে হলে, প্রথমে বৈদ্যুতিক চার্জ সম্পর্কিত পাঠটি মনে করতে হবে। সমধর্মী বৈদ্যুতিক চার্জ পরস্পরকে বিকর্ষণ করে, অপরদিকে বিপরীতধর্মী বৈদ্যুতিক চার্জ পরস্পরকে আকর্ষণ করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি ধনাত্মক চার্জ একটি ঋণাত্মক চার্জকে আকর্ষণ করে কিন্তু একটি ধনাত্মক চার্জকে বিকর্ষণ করে। তাহলে কেন ঋণাত্মক চার্জযুক্ত প্লাস্টিক বৈদ্যুতিকভাবে চার্জবিহীন কাগজের ছোট টুকরোকে আকর্ষণ করতে পারে? এমনটা ঘটে কারণ কাগজের টুকরোটিতে চার্জ পোলারাইজেশন ঘটে।

কাগজের মতো অন্তরক পদার্থের ইলেকট্রনগুলো পরিবাহী পদার্থের ইলেকট্রনের মতো অবাধে চলাচল করতে পারে না। তাই, যখন ঋণাত্মক চার্জযুক্ত প্লাস্টিককে কাগজের টুকরোটির কাছে আনা হয়, তখন পরমাণুর সাথে আবদ্ধ ইলেকট্রনগুলো ঋণাত্মক চার্জযুক্ত প্লাস্টিক থেকে দূরে বিকর্ষিত হয়। ফলে কাগজের উপর ঋণাত্মক ও ধনাত্মক চার্জের মেরুকরণ ঘটে। কাগজের উপর থাকা ঋণাত্মক চার্জ প্লাস্টিক থেকে দূরে থাকে, অপরদিকে কাগজের উপর থাকা ধনাত্মক চার্জ প্লাস্টিকের কাছাকাছি চলে আসে। এরপর, প্লাস্টিকের উপর থাকা ঋণাত্মক চার্জ কাগজের উপর থাকা ধনাত্মক চার্জকে ততক্ষণ পর্যন্ত টানে, যতক্ষণ না কাগজটি প্লাস্টিকের কাছাকাছি চলে আসে।

কাগজের টুকরোগুলিতে যে আধানের মেরুকরণ ঘটে, তা পরাবৈদ্যুতিকের মধ্যে ঘটা আধানের মেরুকরণের অনুরূপ। উদাহরণস্বরূপ, বাম দিকের চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, প্রথমে কেবল দুটি তড়িৎ-আধানযুক্ত পরিবাহী ছিল। বাম দিকের পাতটি ধনাত্মকভাবে এবং ডান দিকের পাতটি ঋণাত্মকভাবে আধানযুক্ত, ফলে তড়িৎ ক্ষেত্রের দিকটি বাম থেকে ডানে।

দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যে ডাইইলেকট্রিকটি রাখার পর, বাম পাতের ধনাত্মক চার্জ নিকটবর্তী ডাইইলেকট্রিক পৃষ্ঠের ইলেকট্রনগুলোকে আকর্ষণ করে। একইভাবে, ডান পাতের ঋণাত্মক চার্জ নিকটবর্তী ডাইইলেকট্রিক পৃষ্ঠের ইলেকট্রনগুলোকে বিকর্ষণ করে। ডাইইলেকট্রিক, যা একটি অন্তরক, তার ভেতরের ইলেকট্রনগুলো পরিবাহীর ইলেকট্রনের মতো অবাধে চলাচল করতে পারে না। তাই, ইলেকট্রনগুলো পরমাণুর সাথে আবদ্ধ থাকে, কিন্তু চিত্রে দেখানো অনুযায়ী ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ইলেকট্রন এবং ধনাত্মক চার্জযুক্ত প্রোটনের একটি পোলারাইজেশন ঘটে।

ডাইইলেকট্রিক পরমাণুগুলোর ডানদিকে একটি ধনাত্মক আধান এবং বামদিকে একটি ঋণাত্মক আধানের উপস্থিতির ফলে একটি তড়িৎ ক্ষেত্রের সৃষ্টি হয়, যা ডান থেকে বাম দিকে কাজ করে এবং পরিবাহী পাতের উপর থাকা তড়িৎ আধান দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রকে দুর্বল করে দেয়, যা বাম থেকে ডান দিকে কাজ করে। সুতরাং, তড়িৎ ক্ষেত্র হ্রাস পায় পরিবাহীর দুটি পাত বা চাদরের উপর থাকা তড়িৎ আধান কমে যাওয়ার কারণে নয়, বরং ডাইইলেকট্রিকের মধ্যে তড়িৎ ক্ষেত্রটি বিপরীত দিকে আবির্ভূত হওয়ার কারণে। যদি ডাইইলেকট্রিকটি সরিয়ে নেওয়া হয়, তবে পরিবাহীর দুটি পাত বা চাদরের উপর থাকা তড়িৎ আধান দ্বারা সৃষ্ট তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য আবার স্বাভাবিক অবস্থায় ফিরে আসে।

If উভয় পরিবাহী পাতের উপর থাকা বৈদ্যুতিক আধানের কারণে যখন তড়িৎ ক্ষেত্রের প্রাবল্য হ্রাস পায়, তখন পাত দুটির মধ্যবর্তী বৈদ্যুতিক বিভবও হ্রাস পায়। কারণ, E = V / d সমীকরণ অনুসারে তড়িৎ ক্ষেত্র বৈদ্যুতিক বিভবের সাথে সরাসরি সমানুপাতিক, যেখানে E = তড়িৎ ক্ষেত্র, V = বৈদ্যুতিক বিভব এবং d = পাত দুটির মধ্যবর্তী দূরত্ব। যদি পরাবৈদ্যুতিকের পূর্বে বৈদ্যুতিক বিভব Vo হয়, তবে পরাবৈদ্যুতিকের পরে বৈদ্যুতিক বিভব K গুণ কমে V-তে দাঁড়ায়।

গাণিতিকভাবে, Vo = KV অথবা V = Vo / K অথবা K = Vo / V, যেখানে K হলো পরাবৈদ্যুতিক ধ্রুবক। Vo> V হলে K> 1 হয়।

দয়া করে মনে রাখবেন যে পরিবাহীর উভয় পাত বা পাতের উপর বৈদ্যুতিক আধানের পরিমাণ অপরিবর্তিত থাকে, যাতে চূড়ান্ত আধানের পরিমাণ প্রাথমিক আধানের পরিমাণের সমান হয় (Q = Qo)। ক্যাপাসিটরের ধারকত্বের পরিবর্তন নিম্নলিখিত উপায়ে গণনা করা হয়:

C = চূড়ান্ত ধারকত্ব, Co = প্রাথমিক ধারকত্ব, Q = চূড়ান্ত আধান, Qo = প্রাথমিক আধান, V = চূড়ান্ত বিভব, Vo = প্রাথমিক বিভব, K = পরাবৈদ্যুতিক ধ্রুবক

উপরের সমীকরণের উপর ভিত্তি করে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, প্রাথমিক ক্যাপাসিট্যান্স (Co) 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। ডাইইলেকট্রিক ব্যবহার করার সময় ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স এবং ডাইইলেকট্রিক ব্যবহার না করার সময় ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্সের অনুপাতের ফলেই ডাইইলেকট্রিক ধ্রুবক (K) পাওয়া যায়।

দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী দূরত্ব কমে যাওয়ায় ডাইইলেকট্রিক ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি পায়।

ডাইইলেকট্রিকের আরেকটি কাজ হলো দুটি পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী দূরত্ব (d) কমানো। এর ফলে, E = V / d সমীকরণ অনুসারে, দুটি পরিবাহী পাত বা শীটের মধ্যে তড়িৎ ক্ষেত্র (E) এবং তড়িৎ বিভব (V) বৃদ্ধি পায়। যদি দুটি পাত বা শীটের মধ্যে তড়িৎ ক্ষেত্র এবং তড়িৎ বিভব বৃদ্ধি পায়, তবে ক্যাপাসিটরের ধারকত্ব বৃদ্ধি পায়।

যদি প্রশ্নোক্ত ক্যাপাসিটরগুলো সমান্তরালে সংযুক্ত থাকে, তবে নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে ক্যাপাসিট্যান্স গণনা করা হয়:

উপরোক্ত দুটি সূত্রের উপর ভিত্তি করে এই সিদ্ধান্তে আসা যায় যে, দুটি পাত বা পরিবাহী পাতের মধ্যবর্তী দূরত্ব (d) কমিয়ে সমান্তরাল পাত ক্যাপাসিটরের ধারকত্ব (C) বৃদ্ধি করা যায়।

ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি পাওয়ার কারণে ডাইইলেকট্রিক ক্যাপাসিট্যান্সও বৃদ্ধি পায়।

ডাইইলেকট্রিক একটি অন্তরক পদার্থ দিয়ে তৈরি, যা একটি শক্তিশালী বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে থাকলে ক্ষতিগ্রস্ত হয়। ডাইইলেকট্রিক ক্ষতি তখন ঘটে যখন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রটি এতটাই শক্তিশালী হয় যে এটি পরমাণু থেকে ইলেকট্রন সরিয়ে দিতে পারে, এবং তারপর সেই ইলেকট্রনগুলো অন্য পরমাণুর ইলেকট্রনের সাথে ধাক্কা খায়, যার ফলে ডাইইলেকট্রিকের মধ্যে ইলেকট্রনের প্রবাহ ঘটে। অন্য কথায়, ডাইইলেকট্রিক ক্ষতির কারণে ডাইইলেকট্রিক, যা একটি বৈদ্যুতিক অন্তরক, একটি বৈদ্যুতিক পরিবাহীতে পরিণত হয়।

ক্ষতি এড়ানোর জন্য, একটি নির্দিষ্ট অন্তরক পদার্থ দিয়ে তৈরি প্রতিটি ডাইইলেকট্রিকের একটি সর্বোচ্চ বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের মান থাকে যা এটি ধারণ করতে পারে, যাকে ডাইইলেকট্রিক স্ট্রেংথ বলা হয়। 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 বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র ধারণ করতে পারে তা বেশি হয় এবং যে ভোল্টেজ ধারণ করতে পারে তাও বেশি হয়। পরিবাহীর দুটি প্লেট বা পাত দ্বারা উৎপন্ন বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র এবং বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ যত বেশি হবে, পরিবাহী প্লেটটি তত বেশি পরিমাণ বৈদ্যুতিক চার্জ ধারণ করতে পারবে। পরিবাহী প্লেটের ভিতরে যত বেশি চার্জ থাকবে, ক্যাপাসিটরের ক্যাপাসিট্যান্স তত বেশি হবে।