ढांकता हुआ

संधारित्र में चालक की दो प्लेटों या शीटों को अलग करने वाला परावैद्युत पदार्थ एक कुचालक होता है। कुचालक पदार्थ वे होते हैं जो विद्युत धारा का संचालन नहीं कर सकते, उदाहरण के लिए प्लास्टिक, कांच, कागज या लकड़ी। परावैद्युत पदार्थ का कार्य धारिता को बढ़ाना है ताकि संधारित्र अधिक विद्युत आवेश और विद्युत स्थितिज ऊर्जा को संग्रहित कर सके।

एक संधारित्र तभी कार्य कर सकता है जब दोनों चालक प्लेटें एक दूसरे को स्पर्श न करें, ताकि विद्युत आवेश एक चालक से दूसरे चालक में स्थानांतरित न हो। इसी प्रकार, विद्युत आवेश को चालक से वायु में स्थानांतरित होने से रोकने के लिए, दोनों चालकों के बीच का स्थान निर्वात होना आवश्यक है। समांतर प्लेट संधारित्र के विषय में, हमने निर्वात द्वारा अलग किए गए समांतर प्लेट संधारित्रों की धारिता पर चर्चा की है। निर्वात में संधारित्र की धारिता सीमित होती है, इसलिए धारिता बढ़ाने के लिए, दोनों प्लेटों के बीच परावैद्युत पदार्थ रखा जाता है।

परावैद्युत पदार्थ धारिता को बढ़ाता है क्योंकि दो चालक प्लेटों के बीच विद्युत विभव कम हो जाता है।

दो प्लेटों या शीटों के बीच परावैद्युत पदार्थ रखने के बाद संधारित्र की धारिता क्यों बढ़ जाती है? इस प्रश्न का उत्तर जानने के लिए, सबसे पहले विद्युत आवेश के बारे में पढ़े पाठ को याद करें। समान आवेश एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं, जबकि विपरीत आवेश एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। उदाहरण के लिए, धनात्मक आवेश ऋणात्मक आवेश को आकर्षित करता है, लेकिन धनात्मक आवेश को प्रतिकर्षित करता है। तो फिर ऋणात्मक आवेशित प्लास्टिक, विद्युत आवेश रहित कागज के छोटे टुकड़ों को क्यों आकर्षित करते हैं? ऐसा इसलिए होता है क्योंकि कागज के टुकड़े में आवेश ध्रुवीकरण होता है।

कागज जैसे कुचालक पदार्थों में इलेक्ट्रॉन चालक पदार्थों की तरह स्वतंत्र रूप से गति नहीं कर सकते। इसलिए, जब ऋणात्मक आवेशित प्लास्टिक को कागज के पास लाया जाता है, तो परमाणु से बंधे इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक आवेशित प्लास्टिक से दूर धकेल दिए जाते हैं। इस प्रकार कागज पर ऋणात्मक आवेश और धनात्मक आवेश का ध्रुवीकरण हो जाता है। कागज पर ऋणात्मक आवेश प्लास्टिक से दूर होता है, जबकि धनात्मक आवेश प्लास्टिक के निकट होता है। फिर, प्लास्टिक पर मौजूद ऋणात्मक आवेश कागज पर मौजूद धनात्मक आवेश को तब तक खींचता है जब तक कि कागज प्लास्टिक के निकट न आ जाए।

कागज़ पर होने वाली आवेश की ध्रुवीकरण प्रक्रिया, परावैद्युत में होने वाली आवेश की ध्रुवीकरण प्रक्रिया के समान है। उदाहरण के लिए, बाईं ओर दिए गए चित्र में दिखाया गया है कि शुरुआत में केवल दो विद्युत आवेशित चालक थे। बाईं प्लेट धनात्मक रूप से आवेशित है जबकि दाईं प्लेट ऋणात्मक रूप से आवेशित है, जिससे विद्युत क्षेत्र की दिशा बाएँ से दाएँ की ओर है।

जब दो चालक प्लेटों के बीच परावैद्युत पदार्थ रखा जाता है, तो बाईं प्लेट पर मौजूद धनात्मक आवेश पास की परावैद्युत सतह पर मौजूद इलेक्ट्रॉनों को अपनी ओर खींचता है। साथ ही, दाईं प्लेट पर मौजूद ऋणात्मक आवेश पास की परावैद्युत सतह पर मौजूद इलेक्ट्रॉनों को प्रतिकर्षित करता है। परावैद्युत पदार्थ, जो एक कुचालक है, में मौजूद इलेक्ट्रॉन चालक की तरह स्वतंत्र रूप से गति नहीं कर सकते। इसलिए, इलेक्ट्रॉन परमाणु से बंधे रहते हैं, लेकिन चित्र में दिखाए अनुसार ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक आवेशित प्रोटॉनों का ध्रुवीकरण होता है।

परावैद्युत परमाणुओं के दाईं ओर धनात्मक आवेश और बाईं ओर ऋणात्मक आवेश की उपस्थिति से एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है। यह विद्युत क्षेत्र दाएं से बाएं दिशा में होता है, जिससे चालक प्लेट पर विद्युत आवेश द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र (जो बाएं से दाएं दिशा में होता है) कमजोर हो जाता है। अतः, विद्युत क्षेत्र में कमी चालक की दोनों प्लेटों/चापों पर विद्युत आवेश में कमी के कारण नहीं होती, बल्कि परावैद्युत में विपरीत दिशा में विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होने के कारण होती है। यदि परावैद्युत को मुक्त कर दिया जाए, तो चालक की दोनों प्लेटों या चादरों पर विद्युत आवेश द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र की तीव्रता सामान्य हो जाती है।

If दोनों चालक प्लेटों पर विद्युत आवेश द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र की तीव्रता कम हो जाती है, जिससे दोनों चालकों के बीच विद्युत विभव भी कम हो जाता है। क्योंकि विद्युत क्षेत्र विद्युत विभव के सीधे समानुपाती होता है, जैसा कि समीकरण E = V / d में बताया गया है, जहाँ E विद्युत क्षेत्र, V विद्युत विभव और d दोनों प्लेटों के बीच की दूरी है। यदि परावैद्युत पर विद्युत विभव पहले Vo था, तो परावैद्युत पर विद्युत विभव K के गुणक से घटकर V हो जाता है।

गणितीय रूप से, Vo = KV या V = Vo / K या K = Vo / V, जहाँ K परावैद्युत स्थिरांक है। Vo > V, इसलिए K > 1।

कृपया ध्यान दें कि दोनों प्लेटों या चालक की चादरों पर विद्युत आवेश की मात्रा में कोई परिवर्तन नहीं होता है, जिससे अंतिम आवेश की मात्रा प्रारंभिक आवेश की मात्रा के बराबर होती है (Q = Qo)। संधारित्र की धारिता में परिवर्तन की गणना निम्नलिखित तरीके से की जाती है:

C = अंतिम धारिता, Co = प्रारंभिक धारिता, Q = अंतिम आवेश, Qo = प्रारंभिक आवेश, V = अंतिम विभव, Vo = प्रारंभिक विभव, K = परावैद्युत स्थिरांक

उपरोक्त समीकरण के आधार पर यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि प्रारंभिक धारिता (Co) कम है जबकि अंतिम धारिता (C) अधिक है। धारिता K के गुणक से बढ़ती है, जहाँ K परावैद्युत स्थिरांक है। प्रत्येक कुचालक पदार्थ का परावैद्युत स्थिरांक भिन्न होता है। परावैद्युत स्थिरांक (K) संधारित्र की धारिता और परावैद्युत के उपयोग न करने की धारिता के अनुपात का परिणाम है।

दो चालक प्लेटों के बीच की दूरी कम होने के कारण परावैद्युत धारिता बढ़ जाती है।

एक अन्य परावैद्युत गुणधर्म दो चालक प्लेटों के बीच की दूरी (d) को कम करना है। इससे दोनों प्लेटों या शीटों के बीच विद्युत क्षेत्र (E) और विद्युत वोल्टेज (V) बढ़ जाते हैं, जैसा कि समीकरण E = V / d में दर्शाया गया है। यदि दोनों प्लेटों या शीटों के बीच विद्युत क्षेत्र और विद्युत वोल्टेज बढ़ते हैं, तो संधारित्र की धारिता भी बढ़ जाती है।

यदि संबंधित संधारित्र समानांतर क्रम में लगे हों, तो धारिता की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

उपरोक्त दो सूत्रों के आधार पर, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि दो प्लेटों या चालक शीटों (d) के बीच की दूरी को कम करके समानांतर प्लेट संधारित्रों की धारिता (C) को बढ़ाया जा सकता है।

संधारित्र की धारिता बढ़ने के कारण परावैद्युत धारिता भी बढ़ जाती है।

डाइइलेक्ट्रिक एक कुचालक पदार्थ से बना होता है, जो प्रबल विद्युत क्षेत्र में होने पर क्षतिग्रस्त हो जाता है। डाइइलेक्ट्रिक क्षति तब होती है जब विद्युत क्षेत्र इतना प्रबल होता है कि वह परमाणु से इलेक्ट्रॉनों को अलग कर देता है, और फिर ये इलेक्ट्रॉन अन्य परमाणुओं पर स्थित इलेक्ट्रॉनों से टकराते हैं, जिससे डाइइलेक्ट्रिक में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह होता है। दूसरे शब्दों में, डाइइलेक्ट्रिक क्षति के कारण विद्युत कुचालक पदार्थ विद्युत चालक में परिवर्तित हो जाता है।

क्षति से बचने के लिए, किसी विशेष कुचालक पदार्थ से बने प्रत्येक परावैद्युत की एक अधिकतम विद्युत क्षेत्र क्षमता होती है, जिसे परावैद्युत सामर्थ्य कहते हैं। कुचालक पदार्थ की परावैद्युत सामर्थ्य वायु की परावैद्युत सामर्थ्य से अधिक होती है और प्रत्येक कुचालक पदार्थ की परावैद्युत सामर्थ्य भिन्न होती है, कुछ की कम और कुछ की अधिक। इसलिए, यदि अधिक परावैद्युत सामर्थ्य वाले परावैद्युत का उपयोग किया जाता है, तो उत्पन्न विद्युत क्षेत्र और उत्पन्न वोल्टेज दोनों अधिक होते हैं। यदि चालक की दो प्लेटों या चादरों द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र और विद्युत वोल्टेज अधिक होते हैं, तो चालक प्लेट द्वारा अवशोषित विद्युत आवेश की मात्रा भी अधिक होती है। चालक प्लेट के भीतर जितना अधिक आवेश होता है, संधारित्र की धारिता उतनी ही अधिक होती है।