ડાઇલેક્ટ્રિક

ડાઇલેક્ટ્રિક એ એક ઇન્સ્યુલેટર છે જે કેપેસિટર પરના વાહકની બે પ્લેટો અથવા શીટ્સને અલગ કરે છે. ઇન્સ્યુલેટર એવી સામગ્રી છે જે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરી શકતી નથી, ઉદાહરણ તરીકે, પ્લાસ્ટિક, કાચ, કાગળ અથવા લાકડું. ડાઇલેક્ટ્રિક કાર્ય કેપેસિટન્સ વધારવાનું છે જેથી કેપેસિટર વધુ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ અને ઇલેક્ટ્રિક સંભવિત ઊર્જા સંગ્રહિત કરી શકે.

જો બંને વાહક પ્લેટો એકબીજાને સ્પર્શ ન કરે તો કેપેસિટર કાર્ય કરી શકે છે જેથી ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એક વાહકથી બીજા વાહકમાં ન જાય. તેવી જ રીતે, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વાહકથી હવામાં ન જાય તે માટે, બે વાહક વચ્ચેની જગ્યા શૂન્યાવકાશ હોવી જોઈએ. સમાંતર પ્લેટ વિશેના વિષયમાં, કેપેસિટરને શૂન્યાવકાશ દ્વારા અલગ કરાયેલા સમાંતર પ્લેટ કેપેસિટરના કેપેસિટન્સ વિશે ચર્ચા કરવામાં આવી છે. શૂન્યાવકાશમાં કેપેસિટરના કેપેસિટન્સ મર્યાદાઓ ધરાવે છે જેથી કેપેસિટન્સ વધારવા માટે, બે પ્લેટો વચ્ચે ડાઇલેક્ટ્રિક મૂકો.

બે વાહક પ્લેટો વચ્ચેનું વિદ્યુત સંભવિત ઘટતું હોવાથી ડાઇલેક્ટ્રિક કેપેસિટન્સ વધારે છે.

બે પ્લેટો અથવા શીટ્સ વચ્ચે ડાઇલેક્ટ્રિક મૂક્યા પછી કેપેસિટરની કેપેસિટન્સ કેમ વધે છે? આ પ્રશ્નનો જવાબ શોધવા માટે, પહેલા ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ વિશેનો પાઠ યાદ રાખો. જેમ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકબીજાને ભગાડે છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ એકબીજાને આકર્ષે છે તેનાથી વિપરીત. ઉદાહરણ તરીકે, સકારાત્મક ચાર્જ નકારાત્મક ચાર્જને આકર્ષે છે પરંતુ સકારાત્મક ચાર્જને ભગાડે છે. તો પછી નકારાત્મક ચાર્જવાળા પ્લાસ્ટિક કાગળના નાના ટુકડાઓ કેમ આકર્ષિત કરી શકે છે જે ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ નથી? આવું થાય છે કારણ કે કાગળનો ટુકડો ચાર્જ ધ્રુવીકરણનો અનુભવ કરે છે.

કાગળ જેવા ઇન્સ્યુલેટીંગ પદાર્થોમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન વાહક પદાર્થોમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન તરીકે મુક્તપણે ફરતા નથી. તેથી, જ્યારે નકારાત્મક ચાર્જવાળા પ્લાસ્ટિકને કાગળના ટુકડાની નજીક લાવવામાં આવે છે, ત્યારે અણુ સાથે જોડાયેલા ઇલેક્ટ્રોન નકારાત્મક ચાર્જવાળા પ્લાસ્ટિકથી દૂર નકારવામાં આવે છે. જેથી કાગળ પર નકારાત્મક ચાર્જ અને સકારાત્મક ચાર્જનું ધ્રુવીકરણ થાય છે. કાગળ પરનો નકારાત્મક ચાર્જ પ્લાસ્ટિકથી વધુ દૂર હોય છે, જ્યારે કાગળ પરનો સકારાત્મક ચાર્જ પ્લાસ્ટિકની નજીક હોય છે. પછી, પ્લાસ્ટિક પરનો નકારાત્મક ચાર્જ કાગળના ટુકડા પરના સકારાત્મક ચાર્જને ખેંચે છે જ્યાં સુધી કાગળ પ્લાસ્ટિકની નજીક ન જાય.

કાગળના ટુકડા પર થતી ચાર્જના ધ્રુવીકરણની પ્રક્રિયા ડાઇલેક્ટ્રિકમાં થતા ચાર્જના ધ્રુવીકરણ જેવી જ છે. ઉદાહરણ તરીકે, ડાબી બાજુની આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, શરૂઆતમાં ફક્ત બે ટુકડા વિદ્યુતભારિત વાહક હતા. ડાબી પ્લેટ ધન રીતે ચાર્જ થયેલ છે જ્યારે જમણી પ્લેટ ઋણ રીતે ચાર્જ થયેલ છે જેથી વિદ્યુત ક્ષેત્રની દિશા ડાબેથી જમણે હોય.

બે વાહક પ્લેટો વચ્ચે ડાઇલેક્ટ્રિક મૂક્યા પછી, ડાબી પ્લેટ પરનો ધન ચાર્જ નજીકની ડાઇલેક્ટ્રિક સપાટી પરના ઇલેક્ટ્રોનને ખેંચે છે. તેમજ, જમણી પ્લેટ પરનો ઋણ ચાર્જ નજીકની ડાઇલેક્ટ્રિક સપાટી પરના ઇલેક્ટ્રોનને ભગાડે છે. ડાઇલેક્ટ્રિકમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોન, જે એક ઇન્સ્યુલેટર છે, વાહકમાં રહેલા ઇલેક્ટ્રોનની જેમ ફરવા માટે મુક્ત નથી. તેથી, ઇલેક્ટ્રોન અણુ સાથે બંધાયેલા રહે છે, પરંતુ આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, નકારાત્મક ચાર્જવાળા ઇલેક્ટ્રોન અને હકારાત્મક ચાર્જવાળા પ્રોટોનનું ધ્રુવીકરણ થાય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક પરમાણુઓની જમણી બાજુએ ધન ચાર્જ અને ડાબી બાજુએ ઋણ ચાર્જની હાજરી ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રને જન્મ આપે છે. જે જમણેથી ડાબે હોય છે, જે વાહક પ્લેટ પર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રને નબળું પાડે છે, જે ડાબેથી જમણે હોય છે. તેથી, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ઘટે છે કારણ કે વાહકની બે પ્લેટો/શીટ્સ પર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઘટે છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ડાઇલેક્ટ્રિકમાં વિરુદ્ધ દિશામાં દેખાય છે. જો ડાઇલેક્ટ્રિક મુક્ત થાય છે, તો વાહકની બે પ્લેટો અથવા શીટ્સ પર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ સામાન્ય થઈ જાય છે.

If બંને વાહક પ્લેટો પર વિદ્યુત ચાર્જ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિ ઓછી થાય છે, તેથી બે વાહક પ્લેટો વચ્ચેનું વિદ્યુત સંભવિત પણ ઓછું થાય છે. કારણ કે વિદ્યુત ક્ષેત્ર E = V / d સમીકરણમાં જણાવ્યા મુજબ વિદ્યુત સંભવિતના સીધા પ્રમાણસર છે, જ્યાં E = વિદ્યુત ક્ષેત્ર, V = વિદ્યુત સંભવિત અને d = બે પ્લેટો વચ્ચેનું અંતર. જો ડાઇલેક્ટ્રિકમાં વિદ્યુત સંભવિતતા પહેલા Vo હોય, તો ડાઇલેક્ટ્રિક પછી, પરિબળ K દ્વારા વિદ્યુત સંભવિતતા V સુધી ઘટાડી દેવામાં આવે છે.

ગાણિતિક રીતે, Vo = KV અથવા V = Vo / K અથવા K = Vo / V, જ્યાં K = ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક. Vo> V જેથી K> 1.

કૃપા કરીને નોંધ લો કે બંને પ્લેટો અથવા વાહક શીટ્સ પર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું પ્રમાણ બદલાતું નથી જેથી અંતિમ ચાર્જનું પ્રમાણ પ્રારંભિક ચાર્જ (Q = Qo) જેટલું થાય. કેપેસિટરના કેપેસિટેન્સમાં ફેરફારની ગણતરી નીચેની રીતે કરવામાં આવે છે:

C = અંતિમ કેપેસિટન્સ, Co = પ્રારંભિક કેપેસિટન્સ, Q = અંતિમ ચાર્જ, Qo = પ્રારંભિક ચાર્જ, V = અંતિમ પોટેન્શિયલ, Vo = પ્રારંભિક પોટેન્શિયલ, K = ડાઇલેક્ટ્રિક કોન્સ્ટન્ટ

ઉપરોક્ત સમીકરણના આધારે, એવું તારણ કાઢવામાં આવે છે કે પ્રારંભિક કેપેસિટેન્સ (Co) નાની છે જ્યારે અંતિમ કેપેસિટેન્સ (C) મોટી છે. કેપેસિટેન્સ K ના પરિબળથી વધે છે, જ્યાં K એ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક છે. દરેક ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રીના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકનું મૂલ્ય બદલાય છે. ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક (K) એ ડાઇલેક્ટ્રિકનો ઉપયોગ કરતી વખતે કેપેસિટરના કેપેસિટેન્સ અને ડાઇલેક્ટ્રિકનો ઉપયોગ ન કરતી વખતે કેપેસિટરના કેપેસિટેન્સના ગુણોત્તરનું પરિણામ છે.

બે વાહક પ્લેટો વચ્ચેનું અંતર ઘટવાથી ડાઇલેક્ટ્રિક કેપેસિટેન્સ વધે છે

બીજું ડાઇલેક્ટ્રિક કાર્ય બે વાહક પ્લેટો વચ્ચેનું અંતર (d) ઘટાડવાનું છે. જેથી બે પ્લેટો અથવા વાહક શીટ્સ વચ્ચેનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર (E) અને વિદ્યુત વોલ્ટેજ (V) વધે, જેમ કે સમીકરણ E = V / d દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે. જો બે પ્લેટો અથવા શીટ્સ વચ્ચેનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર અને વિદ્યુત વોલ્ટેજ વધે છે, તો કેપેસિટરનું કેપેસિટન્સ વધે છે.

જો પ્રશ્નમાં રહેલા કેપેસિટર્સ સમાંતર હોય, તો કેપેસિટન્સ નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને ગણવામાં આવે છે:

ઉપરોક્ત બે સૂત્રોના આધારે, એવું તારણ કાઢી શકાય છે કે બે પ્લેટો અથવા વાહક શીટ્સ (d) વચ્ચેનું અંતર ઘટાડીને સમાંતર પ્લેટ કેપેસિટરની કેપેસીટન્સ (C) વધારી શકાય છે.

કેપેસિટરની કેપેસિટન્સ વધે છે તેથી ડાઇલેક્ટ્રિક કેપેસિટન્સ વધે છે

ડાઇલેક્ટ્રિક ઇન્સ્યુલેટીંગ મટીરીયલથી બનેલું હોય છે, જો તે મજબૂત ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં હોય, તો તેને નુકસાન થશે. ડાઇલેક્ટ્રિક ડેમેજ ત્યારે થાય છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ એટલું મજબૂત હોય છે કે તે ઇલેક્ટ્રોનને અણુથી દૂર ખસેડી શકે છે, પછી ઇલેક્ટ્રોન અન્ય અણુઓ પર ઇલેક્ટ્રોનને અથડાવે છે જેથી ડાઇલેક્ટ્રિકમાં ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ થાય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ડાઇલેક્ટ્રિક ડેમેજને કારણે ડાઇલેક્ટ્રિક જે ઇલેક્ટ્રિક ઇન્સ્યુલેટર છે તે ઇલેક્ટ્રિક કંડક્ટરમાં ફેરવાય છે.

નુકસાન ટાળવા માટે, ચોક્કસ ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રીમાંથી બનેલા દરેક ડાઇલેક્ટ્રિકમાં મહત્તમ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ મૂલ્ય હોય છે જે પકડી શકાય છે, જેને ડાઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેન્થ કહેવાય છે. ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રીની ડાઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેન્થ હવાની ડાઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેન્થ કરતા વધારે હોય છે અને દરેક ઇન્સ્યુલેટીંગ સામગ્રીની ડાઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેન્થ અલગ હોય છે, કેટલાક નાના હોય છે અને કેટલાક મોટા હોય છે. તેથી જો મોટી ડાઇલેક્ટ્રિક સ્ટ્રેન્થ ધરાવતું ડાઇલેક્ટ્રિકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તો પકડી શકાય તેવું ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ વધારે હોય છે અને પકડી શકાય તેવો વોલ્ટેજ પણ વધારે હોય છે. જો ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ અને કંડક્ટરની બે પ્લેટો અથવા શીટ્સ દ્વારા ઉત્પન્ન થતો ઇલેક્ટ્રિક વોલ્ટેજ વધારે હોય, તો કંડક્ટર પ્લેટ દ્વારા સમાવી શકાય તેવા ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જનું પ્રમાણ વધારે હોય છે. કંડક્ટર પ્લેટની અંદર જેટલો વધુ ચાર્જ હોય ​​છે, તેટલો કેપેસિટરનો કેપેસિટન્સ વધારે હોય છે.