डायलेक्ट्रिक हा एक विसंवाहक आहे जो कपॅसिटरवरील वाहकाच्या दोन पट्ट्या किंवा पत्र्यांना वेगळे करतो. विसंवाहक हे असे पदार्थ आहेत जे विद्युत प्रवाह वाहून नेऊ शकत नाहीत, उदाहरणार्थ, प्लॅस्टिक, काच, कागद किंवा लाकूड. डायलेक्ट्रिकचे कार्य कपॅसिटन्स वाढवणे हे आहे, जेणेकरून कपॅसिटर अधिक विद्युत प्रभार आणि विद्युत स्थितिज ऊर्जा साठवू शकेल.
कपॅसिटर तेव्हाच कार्य करू शकतो जेव्हा त्याच्या दोन्ही वाहक पट्ट्या एकमेकांना स्पर्श करत नाहीत , जेणेकरून विद्युत प्रभार एका वाहकाकडून दुसऱ्या वाहकाकडे जाणार नाही. त्याचप्रमाणे, विद्युत प्रभार वाहकाकडून हवेत जाऊ नये यासाठी, दोन्ही वाहकांमधील जागा निर्वात असणे आवश्यक आहे. समांतर पट्ट्यांच्या कपॅसिटरवरील विषयामध्ये, निर्वाताने वेगळे केलेल्या समांतर पट्ट्यांच्या कपॅसिटरच्या धारकतेवर चर्चा केली आहे. निर्वात स्थितीतील कपॅसिटरच्या धारकतेला मर्यादा असतात, त्यामुळे धारकता वाढवण्यासाठी दोन्ही पट्ट्यांमध्ये डायइलेक्ट्रिक ठेवले जाते.
डायइलेक्ट्रिकमुळे धारकता वाढते कारण दोन वाहक पट्ट्यांमधील विद्युत विभव कमी होते.
दोन पट्ट्या किंवा पत्र्यांमध्ये डायइलेक्ट्रिक ठेवल्यावर कपॅसिटरची धारकता का वाढते? या प्रश्नाचे उत्तर शोधण्यासाठी, प्रथम विद्युत प्रभाराबद्दलचा धडा आठवा. समान विद्युत प्रभार एकमेकांना दूर ढकलतात, तर भिन्न विद्युत प्रभार एकमेकांना आकर्षित करतात. उदाहरणार्थ, धन प्रभार ऋण प्रभाराला आकर्षित करतो पण धन प्रभाराला दूर ढकलतो. मग ऋण प्रभारित प्लॅस्टिक विद्युत प्रभार नसलेल्या कागदाच्या लहान तुकड्यांना का आकर्षित करू शकते? असे घडते कारण कागदाच्या तुकड्यावर प्रभार ध्रुवीकरण होते.
कागदासारख्या विद्युतरोधक पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉन, सुवाहक पदार्थांमधील इलेक्ट्रॉनप्रमाणे मुक्तपणे फिरू शकत नाहीत. म्हणून, जेव्हा ऋणभारित प्लास्टिक कागदाच्या तुकड्याजवळ आणले जाते, तेव्हा अणूला बांधलेले इलेक्ट्रॉन ऋणभारित प्लास्टिकपासून दूर ढकलले जातात. त्यामुळे कागदावर ऋणभार आणि धनभाराचे ध्रुवीकरण होते. कागदावरील ऋणभार प्लास्टिकपासून दूर असतो, तर कागदावरील धनभार प्लास्टिकच्या जवळ असतो. त्यानंतर, प्लास्टिकवरील ऋणभार कागदावरील धनभाराला खेचतो, जोपर्यंत कागद प्लास्टिकच्या जवळ येत नाही.
कागदाच्या तुकड्यांवर होणारी विद्युत प्रभाराची ध्रुवीकरण प्रक्रिया ही पराविद्युत पदार्थात होणाऱ्या विद्युत प्रभाराच्या ध्रुवीकरणासारखीच असते. उदाहरणार्थ, डाव्या बाजूच्या आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, सुरुवातीला फक्त दोन विद्युत प्रभारित वाहक होते. डावी पट्टी धन प्रभारित आहे, तर उजवी पट्टी ऋण प्रभारित आहे, त्यामुळे विद्युत क्षेत्राची दिशा डावीकडून उजवीकडे आहे.
दोन वाहक पट्ट्यांच्या मध्ये डायइलेक्ट्रिक ठेवल्यानंतर, डाव्या पट्टीवरील धन प्रभार जवळच्या डायइलेक्ट्रिक पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रॉन्सना खेचतो. त्याचप्रमाणे, उजव्या पट्टीवरील ऋण प्रभार जवळच्या डायइलेक्ट्रिक पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रॉन्सना दूर ढकलतो. डायइलेक्ट्रिक, जो एक विसंवाहक आहे, त्यातील इलेक्ट्रॉन्स वाहकातील इलेक्ट्रॉन्सप्रमाणे मुक्तपणे फिरू शकत नाहीत. त्यामुळे, इलेक्ट्रॉन्स अणूला बांधलेले राहतात, परंतु आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, ऋण प्रभारित इलेक्ट्रॉन्स आणि धन प्रभारित प्रोटॉन्सचे ध्रुवीकरण होते.
डायइलेक्ट्रिक अणूंच्या उजव्या बाजूला धन प्रभार आणि डाव्या बाजूला ऋण प्रभार असल्यामुळे उजवीकडून डावीकडे विद्युत क्षेत्र निर्माण होते, जे वाहक पट्टीवरील विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेल्या डावीकडून उजवीकडे असलेल्या विद्युत क्षेत्राला कमकुवत करते. त्यामुळे, विद्युत क्षेत्र कमी होते ते वाहकाच्या दोन पट्ट्यांवरील/पत्र्यांवरील विद्युत प्रभार कमी झाल्यामुळे नव्हे, तर डायइलेक्ट्रिकमध्ये विद्युत क्षेत्र विरुद्ध दिशेने निर्माण झाल्यामुळे. जर डायइलेक्ट्रिकवरील प्रभार काढून टाकला, तर वाहकाच्या दोन पट्ट्यांवरील किंवा पत्र्यांवरील विद्युत प्रभाराने निर्माण केलेल्या विद्युत क्षेत्राची तीव्रता पुन्हा सामान्य होते.
If
दोन्ही वाहक पट्ट्यांवरील विद्युत प्रभाराने निर्माण होणारी विद्युत क्षेत्राची तीव्रता कमी होते, त्यामुळे दोन्ही वाहक पट्ट्यांमधील विद्युत विभव देखील कमी होते. कारण E = V / d या समीकरणात सांगितल्याप्रमाणे विद्युत क्षेत्र हे विद्युत विभवाच्या समप्रमाणात असते, जिथे E = विद्युत क्षेत्र, V = विद्युत विभव आणि d = दोन्ही पट्ट्यांमधील अंतर आहे. जर डायइलेक्ट्रिकच्या आधी विद्युत विभव Vo असेल, तर डायइलेक्ट्रिकनंतर, विद्युत विभव K पटीने कमी होऊन V होते.
गणितानुसार, Vo = KV किंवा V = Vo / K किंवा K = Vo / V, जिथे K = पराविद्युत स्थिरांक आहे. Vo> V असल्याने K> 1.
कृपया लक्षात घ्या की वाहकांच्या दोन्ही पट्ट्यांवरील किंवा पत्र्यांवरील विद्युत प्रभाराचे प्रमाण बदलत नाही, जेणेकरून अंतिम प्रभाराचे प्रमाण हे प्रारंभिक प्रभाराच्या प्रमाणाएवढेच असते (Q = Qo). कपॅसिटरच्या धारकतेतील बदल खालीलप्रमाणे मोजला जातो:
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 (Co) 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 धारकतेचे, पराविद्युत पदार्थ न वापरताच्या कपॅसिटरच्या धारकतेशी असलेल्या गुणोत्तराचा परिणाम असतो.
दोन वाहक पट्ट्यांमधील अंतर कमी झाल्यामुळे पराविद्युत धारकता वाढते.
डायलेक्ट्रिकचे आणखी एक कार्य म्हणजे दोन वाहक पट्ट्यांमधील अंतर (d) कमी करणे. त्यामुळे, E = V / d या समीकरणानुसार, दोन वाहक पट्ट्यांमधील विद्युत क्षेत्र (E) आणि विद्युत व्होल्टेज (V) वाढतात. जर दोन पट्ट्यांमधील विद्युत क्षेत्र आणि विद्युत व्होल्टेज वाढले, तर कपॅसिटरची धारकता वाढते.
जर विचाराधीन कपॅसिटर समांतर जोडणीत असतील, तर कपॅसिटन्सची गणना खालील सूत्राचा वापर करून केली जाते:
वरील दोन सूत्रांवरून असा निष्कर्ष काढता येतो की, दोन प्लेट्स किंवा कंडक्टर शीट्समधील अंतर (d) कमी करून पॅरलल प्लेट कपॅसिटरची कपॅसिटन्स (C) वाढवता येते.
कपॅसिटरची धारकता वाढल्यामुळे डायलेक्ट्रिक धारकता वाढते.
डायइलेक्ट्रिक हे विद्युतरोधक पदार्थापासून बनलेले असते, जे तीव्र विद्युत क्षेत्रात आल्यास खराब होते. डायइलेक्ट्रिकचे नुकसान तेव्हा होते, जेव्हा विद्युत क्षेत्र इतके तीव्र असते की ते अणूमधून इलेक्ट्रॉन बाहेर काढू शकते. मग हे इलेक्ट्रॉन इतर अणूंवरील इलेक्ट्रॉनला धडकतात, ज्यामुळे डायइलेक्ट्रिकमध्ये इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह सुरू होतो. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, डायइलेक्ट्रिकच्या नुकसानीमुळे जो विद्युतरोधक असतो, तो विद्युत वाहक बनतो.
नुकसान टाळण्यासाठी, एका विशिष्ट विद्युतरोधक पदार्थापासून बनवलेल्या प्रत्येक डायइलेक्ट्रिकमध्ये धारण करता येण्याजोग्या विद्युत क्षेत्राचे एक कमाल मूल्य असते, 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 गेला, तर धारण करता येणारे विद्युत क्षेत्र जास्त असते आणि धारण करता येणारा व्होल्टेजसुद्धा जास्त असतो. जर वाहकाच्या दोन प्लेट्स किंवा पत्र्यांद्वारे निर्माण होणारे विद्युत क्षेत्र आणि विद्युत व्होल्टेज जास्त असेल, तर वाहक प्लेटमध्ये जास्त विद्युत प्रभार सामावला जाऊ शकतो. वाहक प्लेटच्या आत जितका जास्त प्रभार असतो, तितकी कपॅसिटरची धारकता जास्त असते.
