डाइइलेक्ट्रिक संवेदनशीलता और पारगम्यता जैसी घटनाएं न केवल भौतिकी में, बल्कि रोजमर्रा की जिंदगी में भी पाई जाती हैं। इस संबंध में, विज्ञान में इन घटनाओं के अर्थ, उनके प्रभाव और रोजमर्रा की जिंदगी में आवेदन का निर्धारण करना आवश्यक है।
तनाव का निर्धारण
भौतिकी में तीव्रता एक सदिश राशि है, जिसकी गणना उस बल से की जाती है जो अध्ययन के तहत क्षेत्र के बिंदु पर रखे गए एकल धनात्मक आवेश को प्रभावित करता है। डाइइलेक्ट्रिक को बाहरी इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में रखने के बाद, यह एक द्विध्रुवीय क्षण प्राप्त करता है, दूसरे शब्दों में, यह ध्रुवीकृत हो जाता है। ढांकता हुआ में ध्रुवीकरण का मात्रात्मक वर्णन करने के लिए, ध्रुवीकरण का उपयोग किया जाता है - एक वेक्टर भौतिक सूचकांक की गणना ढांकता हुआ के आयतन मान के द्विध्रुवीय क्षण के रूप में की जाती है।
दो डाइलेक्ट्रिक्स के बीच चेहरे से गुजरने के बाद तीव्रता वेक्टर में अचानक परिवर्तन होता है, जिससे इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों की गणना के दौरान हस्तक्षेप होता है। इस संबंध में, एक अतिरिक्त विशेषता पेश की जाती है - वेक्टरविद्युत विस्थापन।
पारगम्यता का उपयोग करके, आप यह पता लगा सकते हैं कि एक डाइइलेक्ट्रिक कितनी बार बाहरी क्षेत्र को कमजोर कर सकता है। डाइलेक्ट्रिक्स में इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों को तर्कसंगत रूप से समझाने के लिए, विद्युत विस्थापन वेक्टर का उपयोग किया जाता है।
मूल परिभाषाएं
किसी माध्यम की निरपेक्ष पारगम्यता एक गुणांक है जो कूलम्ब के नियम के गणितीय अंकन और विद्युत क्षेत्र की ताकत और विद्युत प्रेरण के बीच संबंध के समीकरण में शामिल है। निरपेक्ष पारगम्यता को माध्यम की सापेक्ष पारगम्यता और विद्युत स्थिरांक के उत्पाद के रूप में दर्शाया जा सकता है।
डाइलेक्ट्रिक संवेदनशीलता, जिसे किसी पदार्थ का ध्रुवीकरण कहा जाता है, एक भौतिक मात्रा है जिसे विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में ध्रुवीकृत किया जा सकता है। यह एक छोटे से क्षेत्र में ढांकता हुआ ध्रुवीकरण के साथ बाहरी विद्युत क्षेत्र के रैखिक कनेक्शन का गुणांक भी है। ढांकता हुआ संवेदनशीलता का सूत्र इस प्रकार लिखा गया है: X=na.
ज्यादातर मामलों में, डाइलेक्ट्रिक्स में एक सकारात्मक ढांकता हुआ संवेदनशीलता होती है, जबकि यह मान आयाम रहित होता है।
फेरोइलेक्ट्रिसिटी कुछ क्रिस्टल में मौजूद एक भौतिक घटना है, जिसे फेरोइलेक्ट्रिक्स कहा जाता है, कुछ तापमान मूल्यों पर। इसमें बाहरी विद्युत क्षेत्र के बिना भी क्रिस्टल में सहज ध्रुवीकरण की उपस्थिति होती है। फेरोइलेक्ट्रिक्स और पायरोइलेक्ट्रिक्स के बीच अंतर हैकि निश्चित तापमान रेंज में उनका क्रिस्टल संशोधन बदल जाता है, और यादृच्छिक ध्रुवीकरण गायब हो जाता है।
क्षेत्र में इलेक्ट्रीशियन कंडक्टर की तरह व्यवहार नहीं करते हैं, लेकिन वे सामान्य विशेषताओं को साझा करते हैं। एक ढांकता हुआ मुक्त आवेशित वाहकों की अनुपस्थिति में एक चालक से भिन्न होता है। वे वहाँ हैं, लेकिन न्यूनतम मात्रा में। एक चालक में, एक धातु के क्रिस्टल जाली में स्वतंत्र रूप से घूमने वाला इलेक्ट्रॉन एक समान आवेश वाहक बन जाएगा। हालाँकि, एक ढांकता हुआ में इलेक्ट्रॉन अपने स्वयं के परमाणुओं से बंधे होते हैं और आसानी से नहीं चल सकते हैं। बिजली के साथ एक क्षेत्र में डाइलेक्ट्रिक्स की शुरूआत के बाद, इसमें विद्युतीकरण एक कंडक्टर की तरह दिखाई देता है। एक ढांकता हुआ से अंतर यह है कि इलेक्ट्रॉन पूरे आयतन में स्वतंत्र रूप से नहीं चलते हैं, जैसा कि एक कंडक्टर में होता है। हालांकि, बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, पदार्थ के अणु के अंदर से आवेशों का थोड़ा सा विस्थापन उत्पन्न होता है: एक सकारात्मक क्षेत्र की दिशा में विस्थापित हो जाएगा, और एक नकारात्मक इसके विपरीत होगा।
इस संबंध में, सतह एक निश्चित चार्ज प्राप्त करती है। विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में किसी पदार्थ की सतह पर आवेश के प्रकट होने की प्रक्रिया को ढांकता हुआ ध्रुवीकरण कहा जाता है। यदि अणुओं की एक निश्चित सांद्रता वाले सजातीय और गैर-ध्रुवीय ढांकता हुआ में सभी कण समान हैं, तो ध्रुवीकरण भी समान होगा। और ढांकता हुआ की ढांकता हुआ संवेदनशीलता के मामले में, यह मान आयामहीन होगा।
बाध्य प्रभार
ध्रुवीकरण की प्रक्रिया के कारण, एक ढांकता हुआ पदार्थ के आयतन में असम्पीडित शुल्क दिखाई देते हैं, जिसे ध्रुवीकरण या बाध्य कहा जाता है। कण,इन आवेशों वाले, अणुओं के आवेशों में मौजूद होते हैं और, एक बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, जिस अणु में वे स्थित हैं, उसे छोड़े बिना संतुलन की स्थिति से विस्थापित हो जाते हैं।
बाध्य आवेशों की विशेषता सतह घनत्व है। माध्यम की ढांकता हुआ संवेदनशीलता और पारगम्यता यह निर्धारित करती है कि अंतरिक्ष में दो विद्युत आवेशों का बंधन बल निर्वात में एक ही संकेतक से कितनी बार कम है।
मानक परिस्थितियों में अधिकांश अन्य गैसों की सापेक्ष वायु संवेदनशीलता और पारगम्यता एकता (छोटे विमान के कारण) के करीब है। फेरोइलेक्ट्रिक्स में आपेक्षिक ढांकता हुआ संवेदनशीलता और पारगम्यता दसियों और सैकड़ों हजारों डाइलेक्ट्रिक्स की एक जोड़ी की अलग सतह पर अलग-अलग पूर्ण पारगम्यता और पदार्थ की संवेदनशीलता के साथ-साथ उनके बीच समान स्पर्शरेखा शक्ति घटकों के साथ होती है।
कई व्यावहारिक स्थितियों में, एक धातु निकाय से आसपास की दुनिया में करंट के संक्रमण के साथ एक बैठक होती है, जबकि उत्तरार्द्ध की विशिष्ट चालकता इस शरीर की चालकता से कई गुना कम होती है। इसी तरह की स्थितियां हो सकती हैं, उदाहरण के लिए, जमीन में दबे धातु इलेक्ट्रोड के माध्यम से करंट के पारित होने के दौरान। अक्सर स्टील इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। यदि कार्य कांच की ढांकता हुआ संवेदनशीलता को निर्धारित करना है, तो कार्य इस तथ्य से कुछ जटिल होगा कि इस पदार्थ में आयन-विश्राम गुण है, जिसके कारण एक छोटा साविलम्ब।
बाहरी क्षेत्र की उपस्थिति में विभिन्न पारगम्यता वाले डाइलेक्ट्रिक्स की एक जोड़ी की सीमा पर, विभिन्न सतह घनत्व वाले विभिन्न सूचकांकों के साथ ध्रुवीकरण शुल्क दिखाई देते हैं। इस प्रकार एक ढांकता हुआ से दूसरे में संक्रमण के दौरान क्षेत्र रेखा के अपवर्तन के लिए एक नई स्थिति प्राप्त होती है।
अपने रूप में वर्तमान रेखाओं के मामले में अपवर्तन के नियम को इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्रों में दो डाइलेक्ट्रिक्स के कगार पर विस्थापन लाइनों के अपवर्तन के कानून के समान माना जा सकता है।
आसपास की दुनिया के प्रत्येक शरीर और पदार्थ में कुछ विद्युत गुण होते हैं। इसका कारण आणविक और परमाणु संरचना में निहित है - आवेशित कणों की उपस्थिति जो परस्पर या मुक्त अवस्था में हैं।
यदि पदार्थ बाहरी क्षेत्र से प्रभावित नहीं होता है, तो ऐसे हिस्से अतिरिक्त विद्युत क्षेत्र बनाए बिना, कुल कुल आयतन में एक दूसरे को संतुलित करते हुए स्थित होते हैं। यदि बाहर से विद्युत ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, तो मौजूदा अणुओं और परमाणुओं के अंदर आवेशों का पुनर्वितरण दिखाई देगा, जिससे इसका अपना आंतरिक क्षेत्र दिखाई देगा, जो बाहर की ओर निर्देशित होगा।
एप्लाइड बाहरी फ़ील्ड को E0, और आंतरिक E' के रूप में नामित करते समय, संपूर्ण फ़ील्ड E इन मानों का योग होगा।
बिजली में सभी पदार्थों को आमतौर पर विभाजित किया जाता है:
- कंडक्टर;
- डाइलेक्ट्रिक्स।
यह वर्गीकरण लंबे समय से अस्तित्व में है, लेकिन पूरी तरह से सटीक नहीं है, क्योंकि विज्ञान ने लंबे समय से नए या संयुक्त निकायों की खोज की हैपदार्थ के गुण।
कंडक्टर
चूंकि प्रवाहकीय पदार्थ मीडिया हो सकते हैं जिनमें निःशुल्क शुल्क होते हैं। धातुओं को अक्सर ऐसे मामले माना जाता है, क्योंकि उनकी संरचना का तात्पर्य मुक्त इलेक्ट्रॉनों की निरंतर उपस्थिति से है जो पदार्थ की पूरी गुहा के अंदर जा सकते हैं। माध्यम की ढांकता हुआ संवेदनशीलता आपको थर्मल प्रक्रिया में भागीदार बनने की अनुमति देती है
यदि कंडक्टर को बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव से अलग किया जाता है, तो उसके अंदर सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज के बीच एक संतुलन दिखाई देता है। यह स्थिति तुरंत गायब हो जाती है जब एक कंडक्टर विद्युत क्षेत्र में दिखाई देता है, जो चार्ज कणों को अपनी ऊर्जा के साथ पुनर्वितरित करता है और बाहरी सतह पर सकारात्मक और नकारात्मक मान के साथ असंतुलित चार्ज की उपस्थिति को उत्तेजित करता है
इस घटना को इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन कहा जाता है। धातु की सतह पर इसकी क्रिया के तहत दिखाई देने वाले आवेशों को प्रेरण आवेश कहते हैं।
चालक में उत्पन्न होने वाले प्रेरक आवेश अपने स्वयं के क्षेत्र का निर्माण करते हैं, जो कंडक्टर के अंदर बाहरी क्षेत्र के प्रभाव की भरपाई करता है। इस संबंध में, कुल इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र के संकेतक को मुआवजा दिया जाएगा और 0 के बराबर होगा। अंदर और बाहर प्रत्येक बिंदु की क्षमता बराबर है।
यह परिणाम इंगित करता है कि कंडक्टर के अंदर (यहां तक कि एक बाहरी क्षेत्र से जुड़े होने पर भी) क्षमता में कोई अंतर नहीं है और कोई इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र नहीं है। इस तथ्य का उपयोग परिरक्षण में उपयोग के कारण किया जाता हैकिसी व्यक्ति की इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल सुरक्षा की विधि और क्षेत्रों के प्रति संवेदनशील विद्युत उपकरण, विशेष रूप से उच्च-सटीक माप उपकरण और माइक्रोप्रोसेसर तकनीक।
पारगम्यता और संवेदनशीलता के बीच एक संबंध भी है। हालाँकि, इसे एक सूत्र का उपयोग करके व्यक्त किया जा सकता है। तो ढांकता हुआ स्थिरांक और ढांकता हुआ संवेदनशीलता के बीच संबंध में निम्नलिखित संकेतन है: e=1+X.
ईएसडी सिद्धांत
परिरक्षण की मदद से, उच्च वोल्टेज उपकरणों द्वारा उकसाए गए उच्च तनाव की स्थिति में काम करने वाले कर्मियों की सुरक्षा के लिए ऊर्जा क्षेत्र में टोपी सहित प्रवाहकीय गुणों वाली सामग्री से बने कपड़े और जूते का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र कंडक्टर के अंदर प्रवेश नहीं करता है, क्योंकि जब कंडक्टर को विद्युत क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो इसकी भरपाई उस क्षेत्र द्वारा की जाएगी जो मुक्त आवेशों की गति के कारण उत्पन्न होती है।
डाइलेक्ट्रिक्स
यह नाम उन पदार्थों से संबंधित है जिनमें इन्सुलेट गुण होते हैं। इनमें केवल इंटरकनेक्टेड चार्ज होते हैं, फ्री वाले नहीं। उनमें से प्रत्येक सकारात्मक कण एक परमाणु के अंदर एक नकारात्मक एक के साथ मुक्त गति के बिना एक सामान्य तटस्थ चार्ज के साथ बंध जाएगा। वे डाइलेक्ट्रिक्स के अंदर से वितरित किए जाते हैं और बाहरी क्षेत्रों के प्रभाव में अपनी स्थिति नहीं बदल सकते हैं। उसी समय, पदार्थ की ढांकता हुआ संवेदनशीलता और परिणामी ऊर्जा अभी भी पदार्थ की संरचना में कुछ बदलाव लाती है। परमाणु और अणु के अंदर से अनुपात बदलता हैकण के धनात्मक और ऋणात्मक आवेश, और अतिरिक्त असंतुलित अंतर्संबद्ध आवेश पदार्थ की सतह पर प्रकट होते हैं, जिससे एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनता है। यह बाहर से लागू तनाव की ओर निर्देशित है।
इस घटना को परावैद्युत ध्रुवीकरण कहते हैं। यह इस तथ्य की विशेषता हो सकती है कि बाहरी ऊर्जा के प्रभाव के कारण पदार्थ के अंदर से एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, लेकिन आंतरिक क्षेत्र के विरोध से कमजोर होता है।
ध्रुवीकरण के प्रकार
डाइलेक्ट्रिक्स के अंदर, इसे दो प्रकार से दर्शाया जा सकता है:
- अभिविन्यास;
- इलेक्ट्रॉनिक।
पहले प्रकार का एक अतिरिक्त नाम भी है - द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण। यह गुण धनात्मक और ऋणात्मक आवेश पर विस्थापित केंद्रों वाले डाइलेक्ट्रिक्स में निहित है, जो छोटे द्विध्रुवों से अणु बनाते हैं - आवेशों की एक जोड़ी का एक तटस्थ संयोजन। यह घटना एक तरल, हाइड्रोजन सल्फाइड, नाइट्रोजन ले जाने के लिए विशिष्ट है।
इन पदार्थों में बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के बिना, मौजूदा तापमान परिवर्तन के प्रभाव में आणविक द्विध्रुव बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं, जब ढांकता हुआ के बाहर एक विद्युत आवेश प्रकट नहीं होता है।
यह तस्वीर बाहर से लागू ऊर्जा की क्रिया के तहत बदल जाती है, जब द्विध्रुव अपने अभिविन्यास को ज्यादा नहीं बदलते हैं और सतह पर असम्पीडित मैक्रोस्कोपिक बाध्य चार्ज दिखाई देते हैं, जो बाहर से लागू क्षेत्र के विपरीत दिशा के साथ एक क्षेत्र बनाते हैं।
इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण, लोचदारतंत्र
यह घटना गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स में होती है - अणुओं के साथ एक अलग प्रकार की सामग्री जिसमें कोई द्विध्रुवीय क्षण नहीं होता है, जो बाहरी क्षेत्र की क्रिया के तहत विकृत हो जाता है, ताकि केवल सकारात्मक चार्ज ही उन्मुख हो बाहरी क्षेत्र वेक्टर की दिशा, और नकारात्मक चार्ज - विपरीत दिशा में।
परिणामस्वरूप, प्रत्येक अणु एक विद्युत द्विध्रुव के रूप में कार्य करता है जो लागू बाहरी क्षेत्र की धुरी के साथ उन्मुख होता है। इसी प्रकार, बाहरी सतह पर एक स्वयं का क्षेत्र दिखाई देता है, जिसकी विपरीत दिशा होती है।
एक गैर-ध्रुवीय ढांकता हुआ का ध्रुवीकरण
इन पदार्थों के लिए अणुओं का परिवर्तन और बाद में बाहर के क्षेत्र के प्रभाव से ध्रुवीकरण तापमान के प्रभाव में उनके आंदोलन पर निर्भर नहीं है। मीथेन CH4 का उपयोग गैर-ध्रुवीय ढांकता हुआ के रूप में किया जा सकता है। दोनों डाइलेक्ट्रिक्स के लिए आंतरिक क्षेत्र के संख्यात्मक संकेतक शुरू में बाहरी क्षेत्र में परिवर्तन के अनुपात में परिमाण में बदलेंगे, और संतृप्ति के बाद, एक गैर-रेखीय प्रकार के प्रभाव दिखाई देंगे। वे तब प्रकट होते हैं जब प्रत्येक आणविक द्विध्रुव को ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के पास बल की रेखाओं के साथ पंक्तिबद्ध किया जाता है, या गैर-ध्रुवीय पदार्थों में परिवर्तन होता है, जो बाहर से लागू ऊर्जा की एक बड़ी मात्रा से परमाणुओं और अणुओं के एक मजबूत विरूपण के कारण होता है। व्यावहारिक मामलों में, ऐसा बहुत कम होता है।
ढांकता हुआ स्थिरांक
इन्सुलेट सामग्री के बीच, विद्युत संकेतकों और ढांकता हुआ स्थिरांक जैसी विशेषता को एक गंभीर भूमिका दी जाती है। दोनों को दो अलग-अलग विशेषताओं से आंका जाता है:
- पूर्ण मूल्य;
- सापेक्ष संकेतक।
किसी पदार्थ की निरपेक्ष पारगम्यता शब्द कूलम्ब के नियम के गणितीय संकेतन को संदर्भित करता है। इसकी सहायता से प्रेरण सदिश और तीव्रता के बीच संबंध को गुणांक के रूप में वर्णित किया गया है।
