విద్యున్నిరోధకం

డైఎలెక్ట్రిక్ అనేది కెపాసిటర్‌లోని కండక్టర్ యొక్క రెండు ప్లేట్లు లేదా షీట్‌లను వేరుచేసే ఒక ఇన్సులేటర్. ఇన్సులేటర్లు అంటే విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ప్రసరింపజేయలేని పదార్థాలు, ఉదాహరణకు, ప్లాస్టిక్, గాజు, కాగితం లేదా చెక్క. డైఎలెక్ట్రిక్ యొక్క పని కెపాసిటెన్స్‌ను పెంచడం, తద్వారా కెపాసిటర్ ఎక్కువ విద్యుత్ ఛార్జ్ మరియు విద్యుత్ పొటెన్షియల్ శక్తిని నిల్వ చేయగలదు.

A కెపాసిటర్ రెండు వాహక పలకలు ఒకదానికొకటి తాకకుండా ఉంటేనే ఇది పనిచేయగలదు, తద్వారా విద్యుత్ ఆవేశం ఒక వాహకం నుండి మరొక వాహకానికి బదిలీ అవ్వదు. అదేవిధంగా, విద్యుత్ ఆవేశం వాహకం నుండి గాలిలోకి బదిలీ అవ్వకుండా ఉండటానికి, ఆ రెండు వాహకాల మధ్య ఉన్న ప్రదేశం శూన్యంగా ఉండాలి. సమాంతర పలక కెపాసిటర్ గురించిన అంశంలో, శూన్యంతో వేరు చేయబడిన సమాంతర పలక కెపాసిటర్ల కెపాసిటెన్స్ గురించి చర్చించబడింది. శూన్యంలో కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్‌కు పరిమితులు ఉంటాయి, కాబట్టి కెపాసిటెన్స్‌ను పెంచడానికి, రెండు పలకల మధ్య విద్యున్నిరోధకాన్ని (డైఎలెక్ట్రిక్‌ను) ఉంచాలి.

రెండు వాహక పలకల మధ్య విద్యుత్ పొటెన్షియల్ తగ్గడం వల్ల డైఎలెక్ట్రిక్ కెపాసిటెన్స్‌ను పెంచుతుంది.

రెండు పలకలు లేదా షీట్ల మధ్య విద్యున్నిరోధకాన్ని ఉంచిన తర్వాత కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ ఎందుకు పెరుగుతుంది? ఈ ప్రశ్నకు సమాధానం తెలుసుకోవడానికి, ముందుగా విద్యుత్ ఆవేశం గురించిన పాఠాన్ని గుర్తు చేసుకోండి. సజాతి విద్యుత్ ఆవేశాలు ఒకదానికొకటి వికర్షించుకుంటాయి, అయితే విజాతి విద్యుత్ ఆవేశాలు ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి. ఉదాహరణకు, ఒక ధనావేశం రుణావేశాన్ని ఆకర్షిస్తుంది కానీ ధనావేశాన్ని వికర్షిస్తుంది. అలాంటప్పుడు, విద్యుత్ ఆవేశం లేని చిన్న కాగితపు ముక్కలను రుణావేశం గల ప్లాస్టిక్‌లు ఎందుకు ఆకర్షించగలవు? కాగితపు ముక్క ఆవేశ ధ్రువణతకు గురికావడం వల్ల ఇది జరుగుతుంది.

కాగితం వంటి బంధక పదార్థాలలోని ఎలక్ట్రాన్లు, వాహక పదార్థాలలోని ఎలక్ట్రాన్ల వలె స్వేచ్ఛగా కదలలేవు. కాబట్టి, రుణావేశం గల ప్లాస్టిక్‌ను కాగితపు ముక్కకు దగ్గరగా తీసుకువచ్చినప్పుడు, పరమాణువుకు బంధించబడి ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు రుణావేశం గల ప్లాస్టిక్ నుండి దూరంగా నెట్టివేయబడతాయి. అందువల్ల కాగితంపై రుణావేశం, ధనావేశం ధ్రువణీకరణం జరుగుతుంది. కాగితంపై ఉన్న రుణావేశం ప్లాస్టిక్‌కు దూరంగా ఉండగా, ధనావేశం ప్లాస్టిక్‌కు దగ్గరగా ఉంటుంది. అప్పుడు, కాగితం ప్లాస్టిక్‌కు దగ్గరయ్యే వరకు ప్లాస్టిక్‌పై ఉన్న రుణావేశం, కాగితంపై ఉన్న ధనావేశాన్ని తన వైపుకు లాగుతుంది.

కాగితపు ముక్కలపై జరిగే ఆవేశ ధ్రువీకరణ ప్రక్రియ, విద్యున్నిరోధకంలో జరిగే ఆవేశ ధ్రువీకరణను పోలి ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, ఎడమ వైపున ఉన్న చిత్రంలో చూపినట్లుగా, మొదట విద్యుత్ ఆవేశం గల రెండు వాహకాలు మాత్రమే ఉన్నాయి. ఎడమ పలక ధనావేశం కలిగి ఉండగా, కుడి పలక రుణావేశం కలిగి ఉంటుంది, తద్వారా విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క దిశ ఎడమ నుండి కుడికి ఉంటుంది.

రెండు వాహక పలకల మధ్య విద్యున్నిరోధకాన్ని ఉంచిన తర్వాత, ఎడమ పలకపై ఉన్న ధనావేశం సమీపంలోని విద్యున్నిరోధక ఉపరితలంపై ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లను ఆకర్షిస్తుంది. అలాగే, కుడి పలకపై ఉన్న రుణావేశం సమీపంలోని విద్యున్నిరోధక ఉపరితలంపై ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లను వికర్షిస్తుంది. ఒక బంధకం అయిన విద్యున్నిరోధకంలోని ఎలక్ట్రాన్‌లు, ఒక వాహకంలోని ఎలక్ట్రాన్‌ల వలె స్వేచ్ఛగా కదలలేవు. అందువల్ల, ఎలక్ట్రాన్‌లు పరమాణువుకు బంధించబడి ఉంటాయి, కానీ పటంలో చూపిన విధంగా రుణావేశం గల ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు ధనావేశం గల ప్రోటాన్‌ల ధ్రువణత ఉంటుంది.

విద్యున్నిరోధక పరమాణువుల కుడి వైపున ధనావేశం మరియు ఎడమ వైపున రుణావేశం ఉండటం వలన ఒక విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడుతుంది. ఇది కుడి నుండి ఎడమకు ఉంటుంది, ఇది వాహక పలకపై ఎడమ నుండి కుడికి ఉండే విద్యుత్ ఆవేశం వలన ఉత్పన్నమయ్యే విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని బలహీనపరుస్తుంది. కాబట్టి, వాహకం యొక్క రెండు పలకలు/షీట్లపై విద్యుత్ ఆవేశం తగ్గడం వల్ల కాకుండా, విద్యున్నిరోధకంలో వ్యతిరేక దిశలో విద్యుత్ క్షేత్రం ఏర్పడటం వలన విద్యుత్ క్షేత్రం తగ్గుతుంది. విద్యున్నిరోధకాన్ని విడుదల చేస్తే, వాహకం యొక్క రెండు పలకలు లేదా షీట్లపై విద్యుత్ ఆవేశం వలన ఉత్పన్నమయ్యే విద్యుత్ క్షేత్ర బలం తిరిగి సాధారణ స్థితికి వస్తుంది.

If రెండు వాహక పలకలపై ఉన్న విద్యుత్ ఆవేశం వలన ఏర్పడిన విద్యుత్ క్షేత్ర బలం తగ్గినప్పుడు, ఆ రెండు వాహక పలకల మధ్య విద్యుత్ పొటెన్షియల్ కూడా తగ్గుతుంది. ఎందుకంటే, E = V / d అనే సమీకరణంలో పేర్కొన్నట్లుగా విద్యుత్ క్షేత్రం విద్యుత్ పొటెన్షియల్‌కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది, ఇక్కడ E = విద్యుత్ క్షేత్రం, V = విద్యుత్ పొటెన్షియల్ మరియు d = రెండు పలకల మధ్య దూరం. ఒకవేళ విద్యుద్వాహకానికి ముందు విద్యుత్ పొటెన్షియల్ Vo అయితే, విద్యుద్వాహకం ఏర్పడిన తర్వాత విద్యుత్ పొటెన్షియల్ K కారకం ద్వారా V కి తగ్గుతుంది.

గణితశాస్త్రపరంగా, Vo = KV లేదా V = Vo / K లేదా K = Vo / V, ఇక్కడ K = విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం. Vo> V కాబట్టి K> 1.

దయచేసి గమనించండి, వాహకాల యొక్క రెండు ప్లేట్లు లేదా షీట్లపై ఉన్న విద్యుత్ ఛార్జ్ పరిమాణం మారదు, అందువల్ల తుది ఛార్జ్ పరిమాణం ప్రారంభ ఛార్జ్ పరిమాణానికి సమానంగా ఉంటుంది (Q = Qo). కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్‌లో మార్పును ఈ క్రింది విధంగా లెక్కిస్తారు:

C = తుది కెపాసిటెన్స్, Co = ప్రారంభ కెపాసిటెన్స్, Q = తుది ఛార్జ్, Qo = ప్రారంభ ఛార్జ్, V = తుది పొటెన్షియల్, Vo = ప్రారంభ పొటెన్షియల్, K = డైఎలెక్ట్రిక్ స్థిరాంకం

పై సమీకరణం ఆధారంగా, ప్రారంభ కెపాసిటెన్స్ (Co) తక్కువగా ఉండగా, తుది కెపాసిటెన్స్ (C) ఎక్కువగా ఉంటుందని నిర్ధారించబడింది. కెపాసిటెన్స్ K కారకం ద్వారా పెరుగుతుంది, ఇక్కడ K అనేది డైఎలెక్ట్రిక్ స్థిరాంకం. ప్రతి ఇన్సులేటింగ్ పదార్థం యొక్క డైఎలెక్ట్రిక్ స్థిరాంకం విలువ మారుతూ ఉంటుంది. డైఎలెక్ట్రిక్‌ను ఉపయోగించినప్పుడు కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్‌కు, డైఎలెక్ట్రిక్‌ను ఉపయోగించనప్పుడు కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్‌కు గల నిష్పత్తి ఫలితమే డైఎలెక్ట్రిక్ స్థిరాంకం (K).

రెండు వాహక పలకల మధ్య దూరం తగ్గడం వల్ల విద్యుద్వాహక కెపాసిటెన్స్ పెరుగుతుంది.

రెండు వాహక పలకల మధ్య దూరాన్ని (d) తగ్గించడం మరొక విద్యున్నిరోధక విధి. దీనివల్ల, E = V / d సమీకరణం ప్రకారం, ఆ రెండు వాహక పలకలు లేదా షీట్ల మధ్య విద్యుత్ క్షేత్రం (E) మరియు విద్యుత్ వోల్టేజ్ (V) పెరుగుతాయి. రెండు పలకలు లేదా షీట్ల మధ్య విద్యుత్ క్షేత్రం మరియు విద్యుత్ వోల్టేజ్ పెరిగితే, కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ పెరుగుతుంది.

సంబంధిత కెపాసిటర్లు సమాంతరంగా ఉంటే, కెపాసిటెన్స్‌ను ఈ క్రింది సూత్రాన్ని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు:

పైన పేర్కొన్న రెండు సూత్రాల ఆధారంగా, రెండు ప్లేట్లు లేదా కండక్టర్ షీట్ల మధ్య దూరాన్ని (d) తగ్గించడం ద్వారా సమాంతర ప్లేట్ కెపాసిటర్ల కెపాసిటెన్స్ (C) ను పెంచవచ్చని నిర్ధారించవచ్చు.

కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ పెరగడం వలన డైఎలెక్ట్రిక్ కెపాసిటెన్స్ పెరుగుతుంది

డైఎలెక్ట్రిక్ అనేది ఒక ఇన్సులేటింగ్ పదార్థంతో తయారు చేయబడుతుంది, ఇది బలమైన విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఉన్నప్పుడు దెబ్బతింటుంది. విద్యుత్ క్షేత్రం చాలా బలంగా ఉన్నప్పుడు, అది పరమాణువు నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లను కదిలించగలదు, అప్పుడు ఆ ఎలక్ట్రాన్‌లు ఇతర పరమాణువులపై ఉన్న ఎలక్ట్రాన్‌లను ఢీకొంటాయి, దీనివల్ల డైఎలెక్ట్రిక్‌లో ఎలక్ట్రాన్‌ల ప్రవాహం ఏర్పడుతుంది, దీనినే డైఎలెక్ట్రిక్ నష్టం అంటారు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, డైఎలెక్ట్రిక్ నష్టం అనేది విద్యుత్ ఇన్సులేటర్‌గా ఉన్న డైఎలెక్ట్రిక్‌ను విద్యుత్ వాహకంగా మారుస్తుంది.

నష్టాన్ని నివారించడానికి, ఒక నిర్దిష్ట నిరోధక పదార్థంతో తయారు చేయబడిన ప్రతి విద్యుద్వాహకం (డైఎలెక్ట్రిక్) నిలుపుకోగల గరిష్ట విద్యుత్ క్షేత్ర విలువను కలిగి ఉంటుంది, దీనిని విద్యుద్వాహక బలం (డైఎలెక్ట్రిక్ స్ట్రెంగ్త్) అంటారు. నిరోధక పదార్థం యొక్క విద్యుద్వాహక బలం గాలి యొక్క విద్యుద్వాహక బలం కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు ప్రతి నిరోధక పదార్థం వేర్వేరు విద్యుద్వాహక బలాన్ని కలిగి ఉంటుంది, కొన్ని తక్కువగా మరియు కొన్ని ఎక్కువగా ఉంటాయి. కాబట్టి, అధిక విద్యుద్వాహక బలం ఉన్న విద్యుద్వాహకాన్ని ఉపయోగిస్తే, నిలుపుకోగల విద్యుత్ క్షేత్రం ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు నిలుపుకోగల వోల్టేజ్ కూడా ఎక్కువగా ఉంటుంది. వాహకం యొక్క రెండు పలకలు లేదా షీట్ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్ క్షేత్రం మరియు విద్యుత్ వోల్టేజ్ ఎక్కువగా ఉంటే, వాహక పలక ద్వారా అంత ఎక్కువ విద్యుత్ ఆవేశాన్ని స్వీకరించవచ్చు. వాహక పలక లోపల ఎంత ఎక్కువ ఆవేశం ఉంటే, కెపాసిటర్ యొక్క కెపాసిటెన్స్ అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది.