மின்தேக்கி கொள்ளளவு

மின்தேக்கத்தைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

ஒரு சிறிய குவளையில் சிறிதளவு நீரையும், ஒரு பெரிய குவளையில் அதிக நீரையும் கொள்ள முடியும். குவளை எவ்வளவு பெரியதாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிக நீரை அது கொள்ளும். எனவே, ஒவ்வொரு குவளைக்கும் ஒரு கொள்ளளவு, அதாவது அதன் நீர் கொள்ளும் திறனின் அளவு உண்டு. குவளைகளைப் போலவே, மின்தேக்கிகளுக்கும் மின்னூட்டம் மற்றும் நிலைமின் ஆற்றலைச் சேமிக்கும் திறன் உண்டு. ஒரு மின்தேக்கியின் கொள்ளளவு, அதாவது மின்னூட்டம் மற்றும் நிலைமின் ஆற்றலைச் சேமிக்கும் அதன் திறனின் அளவு, மின்தேக்குத்திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

மின்தேக்கத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

ஒரு குவளையின் நீர் கொள்ளும் திறன் அதன் கன அளவைப் பொறுத்து அமைகிறது. மின்தேக்கிகளைப் பற்றி என்ன? ஒரு மின்தேக்கியின் மின்னூட்டத்தைச் சேமிக்கும் திறனை எது தீர்மானிக்கிறது?

கீழேயுள்ள படம், ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தில் பிரிக்கப்பட்ட இரண்டு கடத்தும் தகடுகளைக் கொண்ட ஒரு எளிய மின்தேக்கியைக் காட்டுகிறது. மின்கலம் போன்ற ஒரு மின்னழுத்த மூலத்துடன் இணைக்கப்படுவதற்கு முன்பு, இரண்டு தகடுகளும் மின்னூட்டம் அற்றவையாக உள்ளன. பின்னர், ஒரு தகடு மின்கலத்தின் நேர்முனையுடனும் மற்றொன்று எதிர்முனையுடனும் கம்பிகளைப் பயன்படுத்தி இணைக்கப்படுகிறது.

மின்கலத்தின் நேர்மின் முனையத்துடன் இணைக்கப்பட்ட பிறகு, மின்கலத்தில் உள்ள நேர்மின் சுமையானது, தட்டில் உள்ள எதிர்மின் சுமையுடைய எலக்ட்ரான்களை ஈர்த்து, அவற்றை மின்கலத்தின் நேர்மின் முனையை நோக்கி நகரச் செய்கிறது. இதனால், அந்தத் தட்டில் எலக்ட்ரான்களின் பற்றாக்குறையும் (எதிர்மின் சுமை) புரோட்டான்களின் மிகுதியும் ஏற்பட்டு, அதன் விளைவாக நேர்மின் சுமை உருவாகிறது.

அதேபோல், தகட்டை மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையுடன் இணைத்த பிறகு, தகட்டில் உள்ள நேர்மின் சுமையானது, மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையில் உள்ள எதிர்மின் சுமையுடைய எலக்ட்ரான்களை ஈர்க்கிறது. இதனால், அந்த எலக்ட்ரான்கள் தகட்டை நோக்கி நகர்கின்றன. இது தகட்டில் அதிகப்படியான எலக்ட்ரான்கள் உருவாகக் காரணமாகி, அதனை எதிர்மின் சுமையுடையதாக ஆக்குகிறது.

இரு தகடுகளுக்கும் இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாடு, மின்கலத்தின் இரு முனைகளுக்கும் இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்குச் சமமான பிறகு, தகடுகளுக்கும் மின்கலத்திற்கும் இடையேயான எலக்ட்ரான் பரிமாற்ற செயல்முறை நின்றுவிடுகிறது.

இரு கடத்தித் தகடுகளிலும் உள்ள மின்னூட்டம் எவ்வாறு அதிகரிக்கும்? வேறுவிதமாகக் கூறினால், எலக்ட்ரான் பரிமாற்றத்தை மீண்டும் நிகழ்த்த என்ன செய்ய வேண்டும்? மின்கலத்தின் இரு முனைகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு, இரு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாட்டை விட அதிகமாக இருக்கும்போது மட்டுமே எலக்ட்ரான் பரிமாற்றம் நிகழ்கிறது. ஒவ்வொரு கடத்தித் தகட்டிலும் மின்னூட்டம் அதிகரிக்கும் வகையில் எலக்ட்ரான் பரிமாற்றம் மீண்டும் நிகழ, பயன்படுத்தப்படும் மின்கலத்திற்குப் பதிலாக, அதிக மின்னழுத்த வேறுபாடு கொண்ட மற்றொரு மின்கலம் அல்லது மற்றொரு மின்னழுத்த மூலம் மாற்றப்படுகிறது. மின்னழுத்த மூலத்தின் மின்னழுத்த வேறுபாடு, மின்தேக்கியின் மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்குச் சமமாக இருக்கும்போது எலக்ட்ரான் பரிமாற்றம் நின்றுவிடுகிறது. எனவே, மின்னழுத்த மூலத்தின் மின்னழுத்த வேறுபாடு அதிகமாக இருந்தால், மின்தேக்கியின் மின்னழுத்த வேறுபாடும் அதிகமாக இருக்கும்.

மேற்கண்ட ஆய்வின் அடிப்படையில், ஒவ்வொரு கடத்தித் தகட்டிலும் சேமிக்கப்படும் மின்னூட்டம் அதிகமாக இருந்தால், இரு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடும் அதிகமாக இருக்கும் என்று முடிவு செய்யலாம். எனவே, மின்னூட்டம் (Q) மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு (V) நேர் விகிதத்தில் உள்ளது. மின்னூட்டத்திற்கும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும் இடையேயான தொடர்பு பின்வரும் நேர் விகிதத்தில் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:
Q α V
மேற்கண்ட விகிதாச்சாரமானது, விகிதாச்சார மாறிலி C-ஐச் சேர்ப்பதன் மூலம் ஒரு சமன்பாடாக மாற்றப்படுகிறது:
Q = CV அல்லது C = Q / V
விளக்கம்: Q = மின்னூட்டம் (கூலும்), V = மின்னழுத்த வேறுபாடு அல்லது மின்னழுத்தம் (வோல்ட்), C = விகித மாறிலி, இது மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன் என அழைக்கப்படுகிறது.

மின்தேக்க மதிப்பானது மின் மின்னூட்டம் மற்றும் மின்னழுத்தத்தைச் சார்ந்து இருப்பதில்லை, மாறாக கடத்தித் தகடுகளின் வடிவம் மற்றும் அளவைச் சார்ந்துள்ளது. மின்தேக்கமானது கடத்தித் தகடுகளின் வடிவம் மற்றும் அளவைச் சார்ந்துள்ளது என்பதற்கான கணித நிரூபணம், கடத்தித் தகடுகளின் வடிவத்தை அடிப்படையாகக் கொண்ட மின்தேக்கிகளின் வகைகள், அதாவது இணைத்தட்டு மின்தேக்கிகள் , உருளை வடிவ மின்தேக்கிகள் மற்றும் கோள வடிவ மின்தேக்கிகள் பற்றிய கட்டுரையில் விளக்கப்பட்டுள்ளது . அந்தக் கட்டுரையில், இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையில் ஒரு வெற்றிடம் இருப்பதாகக் கருதப்படுகிறது.

ஒரு மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன், இரண்டு கடத்தும் தகடுகளுக்கு இடையில் உள்ள பொருளின் பண்புகளையும் சார்ந்துள்ளது. இரண்டு கடத்தும் தகடுகளுக்கு இடையில் உள்ள பொருள் மின்காப்புப் பொருள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. மின்காப்புப் பொருளைக் கொண்ட ஒரு மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன், மின்காப்பு மாறிலி பற்றிய கட்டுரையில் விரிவாக விவாதிக்கப்பட்டுள்ளது.

மின்தேக்கத்தின் அலகு

மின்னூட்டத்தின் அலகு கூலும் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் அலகு வோல்ட் ஆகும். எனவே, மேலே உள்ள மின்தேக்கச் சமன்பாட்டின் அடிப்படையில், மின்தேக்கத்தின் அலகு கூலும்/வோல்ட் (C/V) ஆகும். இது ஃபாரட் (F) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது பிரிட்டிஷ் விஞ்ஞானி மைக்கேல் ஃபாரடே (1791-1867) என்பவரின் பெயரிலிருந்து வந்தது. எனவே, 1 ஃபாரட் = 1 கூலும்/வோல்ட்.

உதாரணமாக, ஒரு மின்தேக்கியின் மதிப்பு 2 ஃபாரட் ஆகும். அதாவது, அந்த மின்தேக்கி அதன் ஒரு கடத்தித் தகட்டில் +2 கூலும் மின்னூட்டத்தையும், மற்றொரு கடத்தித் தகட்டில் -2 கூலும் மின்னூட்டத்தையும் சேமிக்கிறது. இங்கு, அந்த இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கும் இடையே 1 வோல்ட் மின்னழுத்த வேறுபாடு உள்ளது. அந்த மின்தேக்கியுடன் ஒரு 12 வோல்ட் மின்கலம் இணைக்கப்பட்டால், அதன் ஒரு கடத்தித் தகட்டில் Q = CV = (2)(12 வோல்ட்) = +24 கூலும் மின்னூட்டமும், மற்றொரு கடத்தித் தகட்டில் -24 கூலும் மின்னூட்டமும் இருக்கும்.

^{ஃபாரட் என்பது மின்தேக்கத்தின் ஒரு மிகப் பெரிய அலகு என்பதால், பொதுவாக மைக்ரோஃபாரட் (சுருக்கமாக μF - 10⁻⁶} ஃபாரட்) முதல் பிக்கோஃபாரட் (சுருக்கமாக pF - 10⁻¹² ^{ஃபாரட்} ) வரையிலான சிறிய அலகுகளே பயன்படுத்தப்படுகின்றன என்பது குறிப்பிடத்தக்கது . ஃபாரட் ஒரு மிகப் பெரிய அலகு என்பதைக் காட்டுவதற்கான கணிதக் கணக்கீடுகள், ஒரு இணைத்தட்டு மின்தேக்கியின் எடுத்துக்காட்டில் விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன.