மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன்

மின்தேக்கிகளின் மின்தேக்குத்திறன் வரையறை

ஒரு சிறிய குவளையில் சிறிதளவு நீரையும், ஒரு பெரிய குவளையில் அதிக நீரையும் கொள்ள முடியும். குவளையின் கொள்ளளவு அதிகரிக்க அதிகரிக்க, அதில் கொள்ளக்கூடிய நீரின் அளவும் அதிகரிக்கும். எனவே, ஒவ்வொரு குவளைக்கும் நீரைத் தேக்கி வைக்கும் திறன் அல்லது அளவு உண்டு. குவளையைப் போலவே, மின்தேக்கிகளாலும் மின்னூட்டங்களையும் நிலை மின்னழுத்தத்தையும் சேமிக்க முடியும். மின்னூட்டத்தையும் நிலை மின்னழுத்தத்தையும் சேமிக்கும் மின்தேக்கியின் திறன், மின்தேக்குத்திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

மின்தேக்கத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

ஒரு கண்ணாடிக் குவளையின் நீரைத் தேக்கி வைக்கும் திறன், அதன் கன அளவைப் பொறுத்து அமைகிறது. மின்தேக்கிகளைப் பொறுத்தவரை, ஒரு மின்தேக்கியின் மின்னூட்டத்தைச் சேமிக்கும் திறனை எது தீர்மானிக்கிறது?

பக்கத்தில் உள்ள படம், ஒரு குறிப்பிட்ட தூரத்தில் பிரிக்கப்பட்ட இரண்டு கடத்தித் தகடுகளைக் கொண்ட ஒரு எளிய மின்தேக்கியைக் காட்டுகிறது. மின்கலம் போன்ற ஒரு மின்னழுத்த மூலத்துடன் இணைப்பதற்கு முன்பு, அந்த இரண்டு தகடுகளிலும் மின்சாரம் ஏற்றப்படுவதில்லை. பின்னர், ஒரு கேபிளைப் பயன்படுத்தி, அந்தத் தகடுகளில் ஒன்று மின்கலத்தின் நேர்மின் முனையுடனும், மற்றொன்று எதிர்மின் முனையுடனும் இணைக்கப்படுகிறது.

மின்கலத்தின் நேர்மின்முனையுடன் இணைக்கப்பட்ட பிறகு, மின்கலத்தில் உள்ள நேர்மின் சுமையானது, தட்டில் உள்ள எதிர்மின் சுமை கொண்ட எலக்ட்ரான்களை ஈர்க்கிறது. இதனால் அந்த எலக்ட்ரான்கள் மின்கலத்தின் நேர்மின்முனைக்கு நகர்கின்றன. இதன் காரணமாக, தட்டுகளில் எலக்ட்ரான்கள் குறைந்து (எதிர்மின் சுமை) புரோட்டான்கள் அதிகமாகின்றன, அதனால் அந்தத் தட்டுகள் நேர்மின் சுமை பெறுகின்றன.

மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையுடன் இணைக்கப்பட்ட பிறகு, தகட்டின் மீதான நேர்மின் சுமையானது, மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனையில் உள்ள எதிர்மின் சுமை கொண்ட எலக்ட்ரான்களை ஈர்க்கிறது. இதனால் அந்த எலக்ட்ரான்கள் தகட்டை நோக்கி நகர்கின்றன. இது தகட்டில் எலக்ட்ரான்களை மிகையாகச் சுமையேற்றி, அத்தகடு எதிர்மின் சுமை கொண்டதாக மாறக் காரணமாகிறது. இரண்டு தகடுகளுக்கும் இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாடு, மின்கலத்தின் இரண்டு முனைகளுக்கும் இடையிலான மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்குச் சமமான பிறகு, தகடுகளுக்கும் மின்கலங்களுக்கும் இடையில் எலக்ட்ரான்கள் நகரும் இந்தச் செயல்முறை நின்றுவிடுகிறது.

இரண்டு கடத்தித் தகடுகளிலும் உள்ள மின்னூட்டத்தை எவ்வாறு அதிகரிப்பது? வேறுவிதமாகக் கூறினால், மின்கலத்தின் நேர்மின் முனையிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை உள்ளேயும் வெளியேயும் மாற்றுவதற்கு என்ன செய்ய வேண்டும்? இரண்டு கடத்திகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாட்டை விட, மின்கலத்தின் இரண்டு முனைகளுக்கு இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு அதிகமாக இருக்கும்போது மட்டுமே எலக்ட்ரான் இடப்பெயர்வு நிகழ்கிறது. ஒவ்வொரு கடத்தித் தகட்டிலும் மின்னூட்டம் அதிகரிக்கும் வகையில் எலக்ட்ரான் மீண்டும் நகர்வதற்கு, பயன்படுத்தப்படும் மின்கலத்திற்குப் பதிலாக அதிக மின்னழுத்த வேறுபாடு கொண்ட மற்றொரு மின்னழுத்த மூலம் மாற்றப்படுகிறது. மின்னழுத்த மூலத்தில் உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு, மின்தேக்கியின் மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்குச் சமமாக இருக்கும்போது எலக்ட்ரான்களின் இடப்பெயர்வு நின்றுவிடுகிறது. எனவே, மின்னழுத்த மூலத்தில் உள்ள மின்னழுத்த வேறுபாடு அதிகமாக இருந்தால், மின்தேக்கியின் மின்னழுத்த வேறுபாடும் அதிகமாக இருக்கும்.

மேற்கண்ட ஆய்வின் அடிப்படையில், ஒவ்வொரு கடத்தித் தகட்டிலும் சேமிக்கப்படும் மின்னூட்டம் அதிகமாக இருந்தால், அவ்விரு கடத்தித் தகடுகளுக்கும் இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடும் அதிகமாக இருக்கும் என்று முடிவு செய்யலாம். எனவே, மின்னூட்டம் (Q) மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கு (V) நேர் விகிதத்தில் உள்ளது. மின்னூட்டத்திற்கும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டிற்கும் இடையேயான தொடர்பு பின்வரும் ஒப்பீட்டில் கூறப்பட்டுள்ளது:

Q α V

மேற்கண்ட ஒப்பீடுகள், C என்ற மாறிலியைச் சேர்ப்பதன் மூலம் சமன்பாடுகளாக மாற்றப்படுகின்றன:

Q = CV அல்லது C = Q / V

Q = மின்னூட்டம் (கூலும்), V = மின்னழுத்த வேறுபாடு அல்லது மின்னழுத்தம் (வோல்ட்), C = மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன் எனப்படும் ஒரு மாறிலி.

மின்தேக்க மதிப்பானது மின் மின்னூட்டம் மற்றும் மின் மின்னழுத்தத்தைச் சார்ந்து இருப்பதில்லை, மாறாக கடத்தித் தகட்டின் வடிவம் மற்றும் அளவைச் சார்ந்துள்ளது. மின்தேக்கமானது கடத்தித் தகட்டின் வடிவம் மற்றும் அளவைச் சார்ந்துள்ளது என்பதற்கான கணித நிரூபணம், இணைத்தட்டு மின்தேக்கி என்ற தலைப்பில் விளக்கப்பட்டுள்ளது. அத்தலைப்பில், இரண்டு கடத்திகளுக்கு இடையில் ஒரு வெற்றிடம் இருப்பதாகக் கருதப்படுகிறது.

ஒரு மின்தேக்கியின் மின்தேக்குத்திறன், இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையில் உள்ள பொருளின் தன்மையையும் சார்ந்துள்ளது. இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கு இடையில் உள்ள பொருள் மின்காப்புப் பொருள் என்று அழைக்கப்படுகிறது. மின்காப்புப் பொருட்களைக் கொண்ட மின்தேக்கிகளின் மின்தேக்குத்திறன், மின்காப்பு மாறிலிகள் என்ற தலைப்பில் விரிவாக விவாதிக்கப்பட்டுள்ளது.

மின்தேக்கத்தின் அலகு

மின்னூட்டத்தின் அலகு கூலும் மற்றும் மின்னழுத்த வேறுபாட்டின் அலகு வோல்ட் ஆகும், இது மேலே உள்ள மின்தேக்கச் சமன்பாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டது. 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.

2 ஃபாரட் மதிப்புள்ள ஒரு மின்தேக்கி, அதன் ஒரு கடத்தித் தகட்டில் +2 கூலும் மின்னூட்டத்தையும், மற்றொரு கடத்தித் தகட்டில் -2 கூலும் மின்னூட்டத்தையும் சேமிக்கிறது என்று வைத்துக்கொள்வோம். இங்கு, இரண்டு கடத்தித் தகடுகளுக்கும் இடையே 1 வோல்ட் மின்னழுத்த வேறுபாடு உள்ளது. அந்த மின்தேக்கியுடன் 12 வோல்ட் மின்கலம் இணைக்கப்பட்டால், மின்னூட்டம் பெற்ற கடத்தித் தகடுகளில் ஒன்றின் மின்னூட்டம் Q = CV = (2) (12 வோல்ட்) = +24 கூலும் ஆகவும், மற்றொரு கடத்தித் தகட்டின் மின்னூட்டம் -24 கூலும் ஆகவும் இருக்கும்.

ஃபாரட் என்பது ஒரு மிகப்பெரிய மின்தேக்க அலகு என்பதால், அது பொதுவாக மைக்ரோஃபாரட் (μF - 10⁻⁶ ^{ஃபாரட்} ) அல்லது பிக்கோஃபாரட் (pF - ^10⁻¹² ஃபாரட்) போன்ற சிறிய அலகுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது என்பதைத் தயவுசெய்து கவனிக்கவும். ஃபாரட் ஒரு மாபெரும் அலகு என்பதைக் காட்டும் கணிதக் கணக்கீடுகள், இணைத் தட்டு மின்தேக்கி என்ற தலைப்பில் விவாதிக்கப்பட்டுள்ளன.