மின்தேக்கிகளில் உள்ள மின் ஆற்றல் சேமிப்புப் பொருள்
ஒரு மின்தேக்கி இரண்டு கடத்தித் தகடுகளால் ஆனது, மேலும் அந்த இரண்டு கடத்திகளுக்கு இடையில் ஒரு மின்காப்புப் பொருள் உள்ளது . தொடக்கத்தில், இரண்டு கடத்திகளும் மின்னூட்டம் பெற்றிருக்கவில்லை. மின்தேக்கி செயல்படுவதற்கு, ஒவ்வொரு கடத்தித் தகடும் மின்னூட்டம் பெற்றிருக்க வேண்டும், இங்கு ஒவ்வொரு கடத்தியிலும் உள்ள மின்னூட்டத்தின் அளவு சமமாகவும் ஆனால் வெவ்வேறு வகைகளாகவும் இருக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு கடத்தியில் Q = +10 கூலும் மின்னூட்டமும், மற்றொரு கடத்தியில் Q = -10 கூலும் மின்னூட்டமும் உள்ளது. இரண்டு கடத்திகளிலும் ஒரே அளவு ஆனால் எதிர் வகையான மின்னூட்டங்கள் இருப்பதால், இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையில் ஒரு மின்புலம் உருவாகிறது , இங்கு மின்புலத்தின் திசையானது நேர்மின்னூட்டத்திலிருந்து எதிர்மின்னூட்டத்தை நோக்கியதாக இருக்கும். மேலும், இரண்டு கடத்திகளுக்கு இடையில் ஒரு மின்னழுத்த வேறுபாடும் ஏற்படுகிறது, இதில் நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற கடத்தி அதிக மின்னழுத்தத்தையும், எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற கடத்தி குறைந்த மின்னழுத்தத்தையும் கொண்டிருக்கும்.
இரண்டு கடத்திகளையும் மின்னேற்றம் செய்ய, அவை மின்கலம் அல்லது பிற மின் மூலங்கள் போன்ற ஒரு மின் மூலத்துடன் இணைக்கப்படுகின்றன. தொடக்கத்தில், இரண்டு கடத்திகளும் நடுநிலை நிலையில் உள்ளன; அவற்றில் சம எண்ணிக்கையிலான எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற எலக்ட்ரான்களும் நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற புரோட்டான்களும் இருக்கின்றன. பின்னர், எலக்ட்ரான்கள் ஒரு கடத்தியிலிருந்து மற்றொன்றிற்கு மாற்றப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக, எலக்ட்ரான்களை இழக்கும் கடத்தி நேர்மின்னூட்டம் பெறுகிறது மற்றும் எலக்ட்ரான்களைப் பெறும் கடத்தி எதிர்மின்னூட்டம் பெறுகிறது. மாற்றப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, பெறப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமாக இருப்பதால், ஒவ்வொரு கடத்தியும் ஒரே மாதிரியான மின்னேற்றத்தைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு மின்தேக்கி மின்கலத்துடன் இணைக்கப்படும்போது, மின்கலம் ஒரு கடத்தியாகச் செயல்பட்டு, ஒரு கடத்தியிலிருந்து மற்றொன்றிற்கு எலக்ட்ரான்களை மாற்றுகிறது என்பது குறிப்பிடத்தக்கது.
ஒரு கடத்தி எதிர்முனையுடனும், மற்றொரு கடத்தி நேர்முனையுடனும் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. மின்கலத்தின் இரண்டு முனைகளுக்கு இடையே உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு (V) காரணமாக, எலக்ட்ரான்கள் (q) ஒரு கடத்தியிலிருந்து மற்றொன்றிற்குப் பரிமாற்றம் செய்யப்படுகின்றன. இரண்டு கடத்திகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு, மின்கலத்தின் மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்குச் சமமானவுடன், எலக்ட்ரான்களின் பரிமாற்றம் நின்றுவிடுகிறது. தொடக்கத்தில், கடத்திகளில் மின்னூட்டம் இல்லாதபோது, எலக்ட்ரான்களை நகர்த்துவதற்கு எந்த வேலையும் தேவையில்லை. ஒவ்வொரு கடத்தியிலும் மின்னூட்டம் ஏற்பட்டவுடன், எலக்ட்ரான்களை நகர்த்துவதற்கு வேலை தேவைப்படுகிறது. ஒவ்வொரு கடத்தியிலும் மின்னூட்டம் அதிகமாக இருக்கும்போது, எலக்ட்ரான்களுக்கு இடையேயான விலக்கு விசையின் காரணமாக, அவற்றை நகர்த்துவதற்குத் தேவைப்படும் வேலையும் அதிகமாக இருக்கும்.
ஒரு கடத்தியிலிருந்து மற்றொரு கடத்திக்கு எலக்ட்ரான்களின் பரிமாற்றம் ஒரே நேரத்தில் நிகழாமல் படிப்படியாக நிகழ்கிறது, அதனால் இரு கடத்திகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்தமும் படிப்படியாக அதிகரிக்கிறது. எனவே, எலக்ட்ரான் பரிமாற்றத்தின் போது செய்யப்படும் மொத்த வேலையை (W) கணக்கிட, சராசரி மின்னழுத்த மதிப்பு (V/2) பயன்படுத்தப்படுகிறது. ஆகவே, எலக்ட்ரான்களை நகர்த்த செய்யப்படும் வேலை W = Q (V/2) = 1/2 Q V ஆகும். எலக்ட்ரான்களை நகர்த்துவதற்கான வேலை, மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்படும் நிலை ஆற்றலாக மாறுவதால், மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்படும் நிலை ஆற்றல் EP = 1/2 Q V ஆகும். Q = CV என்பதால், EP = 1/2 QV என்ற சூத்திரத்தை EP = 1/2 QV = 1/2 (CV)(V) = 1/2 CV 2 மற்றும் EP = 1/2 QV = 1/2 (Q)(Q/C) = 1/2 Q 2 /C என மாற்றலாம். தகவல்: Q = மின் மின்னூட்டம், C = மின்தேக்குத்திறன், V = மின்னழுத்தம்.
ஒரு மின்புலத்தில் உள்ள மின் ஆற்றல்
மின்னேற்றச் செயல்பாட்டின் போது, ஒவ்வொரு கடத்தியும் மின்னேற்றம் அடையத் தொடங்கும் வேளையில், இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையில் ஒரு மின்புலம் உருவாகிறது. எனவே, செய்யப்படும் வேலையானது கடத்தியை மின்னேற்றம் அடையச் செய்வது மட்டுமல்லாமல், இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையில் மறைமுகமாக ஒரு மின்புலத்தையும் உருவாக்குகிறது. அந்த வேலையானது மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்படும் நிலை ஆற்றலாக மாற்றப்படுவதால், அந்த மின்புலத்திற்குள் ஆற்றல் சேமிக்கப்படுகிறது என்று கருதலாம்.
நிலை ஆற்றலுக்கும் மின் புலங்களுக்கும் இடையிலான தொடர்பைக் கணிதரீதியாக நிரூபிப்பதற்காகப் பின்வரும் சூத்திரம் வருவிக்கப்பட்டுள்ளது.
இணைத் தட்டு மின்தேக்கிகள் என்ற தலைப்பிலான கட்டுரையில் C = A ε o /s என்ற சூத்திரமும், மின் அழுத்தம் என்ற தலைப்பிலான கட்டுரையில் V = E s என்ற சூத்திரமும் கூறப்பட்டுள்ளன . முன்னதாக, ஒரு மின்தேக்கியில் சேமிக்கப்படும் மின் அழுத்த ஆற்றலுக்கான சூத்திரம், அதாவது EP = 1/2 CV 2 , வருவிக்கப்பட்டுள்ளது.
சூத்திர விளக்கம்: EP = நிலை ஆற்றல், A = பரப்பளவு, s = தூரம், A s = கன அளவு, E = மின்புலம், EP/A s = ஓரலகு கன அளவுக்கான நிலை ஆற்றல் = ஆற்றல் அடர்த்தி.
மேற்கண்ட சூத்திரத்தின்படி, ஒரு மின்புலத்தில் உள்ள ஓரலகு கனஅளவிற்கான நிலைமின் ஆற்றலானது, அந்த மின்புலத்தின் வர்க்கத்திற்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும். இரண்டு கடத்தும் தகடுகளுக்கு இடையில் ஒரு மின்காப்புப் பொருள் இருந்தால், εo ( வெற்றிடத்தின் மின்கடத்துத்திறன்) என்பதற்குப் பதிலாகப் பொருளின் மின்கடத்துத்திறன் (ε) பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த ஆற்றல் அடர்த்திச் சமன்பாடு, இணைத்தட்டு மின்தேக்கிச் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தி வருவிக்கப்பட்டிருந்தாலும், இந்தச் சமன்பாடு மின்புலம் உள்ள அனைத்து இடங்களுக்கும் பொருந்தும்.
