डायलेक्ट्रिक

कपॅसिटर तेव्हाच कार्य करू शकतो, जेव्हा त्याच्या दोन प्लेट्स/वाहक पत्रे एकमेकांना स्पर्श करत नाहीत, जेणेकरून विद्युत प्रभार एका वाहकाकडून दुसऱ्या वाहकाकडे हस्तांतरित होणार नाही. त्याचप्रमाणे, विद्युत प्रभार वाहकाकडून हवेत हस्तांतरित होऊ नये यासाठी, दोन वाहकांमधील जागा निर्वात असणे आवश्यक आहे. समांतर प्लेट कपॅसिटरवरील लेखात, अशा समांतर प्लेट कपॅसिटरच्या धारकतेवर चर्चा केली आहे, जिथे दोन प्लेट्स निर्वाताने वेगळ्या केलेल्या असतात. निर्वात पोकळीतील कपॅसिटरच्या धारकतेला मर्यादा असतात, म्हणून धारकता वाढवण्यासाठी, दोन प्लेट्स/वाहक पत्रांच्या मध्ये एक डायइलेक्ट्रिक ठेवले जाते.

डायइलेक्ट्रिक हा एक विसंवाहक आहे जो कपॅसिटरच्या दोन वाहक प्लेट्सना वेगळे करतो. विसंवाहक हा एक असा पदार्थ आहे जो वीज वाहून नेऊ शकत नाही, जसे की प्लॅस्टिक, काच, कागद किंवा लाकूड. डायइलेक्ट्रिकचे कार्य कपॅसिटन्स वाढवणे हे आहे, ज्यामुळे कपॅसिटरला मोठ्या प्रमाणात विद्युत प्रभार आणि स्थितिज ऊर्जा साठवता येते.

डायइलेक्ट्रिक्समुळे धारकता वाढते कारण दोन वाहक पट्ट्यांमधील विद्युत विभव कमी होते.

दोन पट्ट्यांमध्ये/वाहक पत्र्यांमध्ये डायलेक्ट्रिक ठेवल्यावर कपॅसिटरची धारकता का वाढते? या प्रश्नाचे उत्तर शोधण्यासाठी, प्रथम याबद्दलचा धडा आठवा. विद्युत शुल्कसमान विद्युत प्रभार एकमेकांना दूर ढकलतात, तर भिन्न विद्युत प्रभार एकमेकांना आकर्षित करतात. उदाहरणार्थ, धन प्रभार एकमेकांना आकर्षित करतात. डायलेक्ट्रिक ४ऋण प्रभार असलेले प्लास्टिक, धन प्रभार असलेल्या प्लास्टिकला आकर्षित करते, पण त्याला दूर ढकलते. मग ऋण प्रभारित प्लास्टिक विद्युत प्रभार नसलेल्या कागदाच्या लहान तुकड्यांना का आकर्षित करू शकते? असे घडते कारण कागदाच्या तुकड्यांमध्ये प्रभार ध्रुवीकरण होते. कागदासारख्या विद्युतरोधक पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन, विद्युत वाहक पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉनप्रमाणे मुक्तपणे फिरू शकत नाहीत. म्हणून जेव्हा ऋण प्रभारित प्लास्टिक कागदाच्या तुकड्यांच्या जवळ आणले जाते, तेव्हा अणूंना बांधलेले इलेक्ट्रॉन ऋण प्रभारित प्लास्टिकपासून दूर ढकलले जातात, ज्यामुळे कागदावरील ऋण प्रभार आणि धन प्रभाराचे ध्रुवीकरण होते. कागदावरील ऋण प्रभार प्लास्टिकपासून दूर जातो, तर कागदावरील धन प्रभार प्लास्टिकच्या जवळ येतो. इतकेच नाही, तर प्लास्टिकवरील ऋण प्रभार कागदाच्या तुकड्यांवरील धन प्रभाराला तोपर्यंत आकर्षित करतो, जोपर्यंत हलका कागद प्लास्टिकच्या जवळ येत नाही.

कागदाच्या तुकड्यात होणारी ध्रुवीकरण प्रक्रिया, किंवा प्रभार ध्रुवीकरण, ही पराविद्युत पदार्थात होणाऱ्या प्रभार ध्रुवीकरणासारखीच असते. उदाहरणार्थ, डावीकडील चित्रात दाखवल्याप्रमाणे, सुरुवातीला फक्त दोन विद्युत प्रभारित वाहक पट्ट्या असतात. डावी पट्टी धन प्रभारित असते, तर उजवी पट्टी ऋण प्रभारित असते, त्यामुळे विद्युत क्षेत्राची दिशा डावीकडून उजवीकडे असते.

दोन वाहक पट्ट्यांच्या मध्ये डायइलेक्ट्रिक ठेवल्यानंतर, डाव्या पट्टीवरील धन प्रभार जवळच्या डायइलेक्ट्रिक पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रॉन्सना आकर्षित करतो आणि उजव्या पट्टीवरील ऋण प्रभार जवळच्या डायइलेक्ट्रिक पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रॉन्सना दूर ढकलतो. डायइलेक्ट्रिक, जे एक विसंवाहक आहे, त्यातील इलेक्ट्रॉन्स वाहकातील इलेक्ट्रॉन्सप्रमाणे मुक्तपणे फिरू शकत नाहीत. त्यामुळे, इलेक्ट्रॉन्स अणूंना बांधलेले राहतात, परंतु चित्रात दाखवल्याप्रमाणे, ऋण प्रभारित इलेक्ट्रॉन्स आणि धन प्रभारित प्रोटॉन्सचे ध्रुवीकरण होते. डायइलेक्ट्रिक अणूंच्या उजव्या बाजूला धन प्रभार आणि डाव्या बाजूला ऋण प्रभार असल्यामुळे उजवीकडून डावीकडे निर्देशित विद्युत क्षेत्र तयार होते, ज्यामुळे वाहक पट्टीवरील विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेले डावीकडून उजवीकडे निर्देशित विद्युत क्षेत्र कमकुवत होते. म्हणून विद्युत क्षेत्र कमी होते ते दोन पट्ट्यांवरील/वाहक पट्ट्यांवरील विद्युत प्रभार कमी झाल्यामुळे नव्हे, तर डायइलेक्ट्रिकमध्ये विरुद्ध दिशेने विद्युत क्षेत्र निर्माण झाल्यामुळे. जेव्हा डायइलेक्ट्रिक काढले जाते, तेव्हा दोन प्लेट्स/वाहक पत्र्यांवरील विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेल्या विद्युत क्षेत्राची तीव्रता तिच्या मूळ स्थितीत परत येते.

डायलेक्ट्रिक ४जर दोन वाहक पट्ट्यांवरील विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेल्या विद्युत क्षेत्राची तीव्रता कमी झाली, तर त्या विद्युत क्षेत्रामुळे दोन वाहक पट्ट्यांमधील विद्युत विभव देखील कमी होते.डायलेक्ट्रिक ४ E = V / d या समीकरणात सांगितल्याप्रमाणे वीज ही विद्युत विभवाच्या समप्रमाणात असते, जिथे E = विद्युत क्षेत्र, V = विद्युत विभव आणि d = दोन पट्ट्यांमधील अंतर आहे. जर डायइलेक्ट्रिक अस्तित्वात येण्यापूर्वी विद्युत विभव V असेल तर...o म्हणून डायइलेक्ट्रिक लावल्यानंतर, विद्युत विभव K पटीने कमी होऊन V होतो. गणितानुसार, Vo = केव्ही किंवा व्ही = व्हीo / K किंवा K = Vo / V, जेथे K = डायलेक्ट्रिक स्थिरांक. Vo V जेणेकरून K>1.
हे लक्षात घेतले पाहिजे की दोन्ही प्लेट्स/वाहक पत्र्यांवरील विद्युत प्रभाराचे प्रमाण बदलत नाही, जेणेकरून अंतिम प्रभाराचे प्रमाण हे सुरुवातीच्या प्रभाराच्या प्रमाणाएवढेच असते (Q = Q).oकपॅसिटरच्या धारकतेतील बदल खालील सूत्राचा वापर करून मोजला जातो:

डायलेक्ट्रिक ४

सूत्राचे वर्णन: C = अंतिम धारकता, Co = प्रारंभिक धारकता, Q = अंतिम प्रभार, Qo = प्रारंभिक प्रभार, V = अंतिम विभव, Vo = प्रारंभिक विभव, K = पराविद्युत स्थिरांक

वरील समीकरणावरून असा निष्कर्ष निघतो की, सुरुवातीची धारकता (C o ) कमी असते, तर अंतिम धारकता (C) जास्त असते. धारकता K या पटीने वाढते, जिथे K हा पराविद्युत स्थिरांक आहे. प्रत्येक विसंवाहक पदार्थाच्या पराविद्युत स्थिरांकाचे मूल्य वेगवेगळे असते. पराविद्युत स्थिरांक (K) हा, पराविद्युत पदार्थ वापरतानाच्या कपॅसिटरच्या धारकतेची, पराविद्युत पदार्थ न वापरताच्या कपॅसिटरच्या धारकतेशी तुलना केल्याचा परिणाम असतो.

डायइलेक्ट्रिक्समध्ये दोन वाहक पट्ट्यांमधील अंतर कमी झाल्यावर धारकता वाढते.

डायइलेक्ट्रिकचे आणखी एक कार्य म्हणजे दोन वाहक पट्ट्यांमधील अंतर (d) कमी करणे, जेणेकरून E = V / d या समीकरणानुसार दोन वाहक पट्ट्यांमधील विद्युत क्षेत्र (E) आणि विद्युत व्होल्टेज (V) वाढेल. जर दोन पट्ट्यांमधील विद्युत क्षेत्र आणि विद्युत व्होल्टेज वाढले, तर कपॅसिटरची धारकता वाढते.
जर विचाराधीन कपॅसिटर समांतर प्लेट प्रकारचा असेल, तर त्याची धारकता खालील सूत्राचा वापर करून मोजली जाते:

डायलेक्ट्रिक ४

वरील दोन सूत्रांवरून असा निष्कर्ष काढता येतो की, दोन प्लेट्स/कंडक्टर शीट्समधील अंतर (d) कमी करून पॅरलल प्लेट कपॅसिटरची कपॅसिटन्स (C) वाढवता येते.

डायइलेक्ट्रिक्समुळे कपॅसिटरची डायइलेक्ट्रिक शक्ती वाढते, त्यामुळे कपॅसिटन्स वाढतो.

डायइलेक्ट्रिक्स हे अशा विद्युतरोधक पदार्थांपासून बनलेले असतात, जे अत्यंत तीव्र विद्युत क्षेत्रात ठेवल्यास त्यांचे विघटन होते. डायइलेक्ट्रिक विघटन तेव्हा होते, जेव्हा विद्युत क्षेत्र इतके तीव्र असते की त्यामुळे अणूंमधून इलेक्ट्रॉन्स विस्थापित होतात. हे इलेक्ट्रॉन्स इतर अणूंमधील इलेक्ट्रॉन्सशी टक्कर देतात, ज्यामुळे डायइलेक्ट्रिकमध्ये इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह सुरू होतो. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, डायइलेक्ट्रिक विघटनामुळे डायइलेक्ट्रिक, जो एक विद्युतरोधक असतो, तो विद्युत वाहक बनतो.

नुकसान टाळण्यासाठी, विशिष्ट विद्युतरोधक पदार्थापासून बनवलेल्या प्रत्येक डायइलेक्ट्रिकची एक कमाल विद्युत क्षेत्र क्षमता असते, जी तो सहन करू शकतो, ज्याला डायइलेक्ट्रिक सामर्थ्य म्हणतात. विद्युतरोधक पदार्थाचे डायइलेक्ट्रिक सामर्थ्य हवेच्या डायइलेक्ट्रिक सामर्थ्यापेक्षा जास्त असते आणि प्रत्येक विद्युतरोधक पदार्थाचे डायइलेक्ट्रिक सामर्थ्य वेगवेगळे असते, काहींचे कमी तर काहींचे जास्त. त्यामुळे, जर जास्त डायइलेक्ट्रिक सामर्थ्य असलेला डायइलेक्ट्रिक वापरला, तर तो जास्त विद्युत क्षेत्र आणि जास्त विद्युत व्होल्टेज सहन करू शकतो. जर दोन प्लेट्स/वाहक पट्ट्यांद्वारे निर्माण होणारे विद्युत क्षेत्र आणि विद्युत व्होल्टेज जास्त असेल, तर वाहक पट्टीमध्ये सामावून घेता येणाऱ्या विद्युत प्रभाराचे प्रमाण जास्त असते. वाहक पट्टीमध्ये जितका जास्त प्रभार असतो, तितकी कपॅसिटरची धारकता जास्त असते.

 

टिप्पणी द्या