डायलेक्ट्रिक स्थिरांक काय आहे

कौलॉम्बच्या कायद्याद्वारे निर्धारित केलेले शुल्क भिन्न शक्तींसह भिन्न माध्यमांमध्ये एकमेकांशी संवाद साधतात. या माध्यमांचे गुणधर्म परमिटिव्हिटी नावाच्या प्रमाणाद्वारे निर्धारित केले जातात.

डायलेक्ट्रिक स्थिरांक काय आहे

त्यानुसार कुलॉम्बचा कायदा, दोन स्थिर बिंदू शुल्क q₁ आणि q₂ व्हॅक्यूममध्ये एफ सूत्राने दिलेल्या बलाने एकमेकांशी संवाद साधतात_वर्ग=((1/4)*π*ε)*(|q₁||*|प्र₂|/r²), कुठे:

• एफ_वर्ग Coulomb force, N आहे;
• q₁, q₂ चार्ज मॉड्यूल्स आहेत, सी;
• r हे शुल्कांमधील अंतर आहे, m;
• ε₀ - विद्युत स्थिरांक, 8.85 * 10^-12 F/m (फॅराड प्रति मीटर).

जर परस्परसंवाद व्हॅक्यूममध्ये होत नसेल, तर सूत्रामध्ये आणखी एक मात्रा समाविष्ट असते जी कूलॉम्ब बलावर पदार्थाचा प्रभाव ठरवते आणि कूलॉम्ब कायदा खालीलप्रमाणे लिहिला जातो:

F=((1/4)*π* ε*ε)*(|q₁||*|प्र₂|/r²).

हे मूल्य ग्रीक अक्षर ε (एप्सिलॉन) द्वारे दर्शविले जाते, ते आकारहीन आहे (मापनाचे कोणतेही एकक नाही). डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटी हे पदार्थातील शुल्काच्या परस्परसंवादाच्या क्षीणतेचे गुणांक आहे.

बर्‍याचदा भौतिकशास्त्रात, परवानगीचा वापर विद्युत स्थिरांकाच्या संयोगाने केला जातो, अशा परिस्थितीत परिपूर्ण परवानगीची संकल्पना मांडणे सोयीचे असते. हे ε द्वारे दर्शविले जाते_a आणि ε बरोबर आहे_a= ε*इ. या प्रकरणात, परिपूर्ण पारगम्यतेचे परिमाण F/m आहे. सामान्य पारगम्यता ε ला ε पासून वेगळे करण्यासाठी सापेक्ष देखील म्हटले जाते_a.

परवानगीचे स्वरूप

परवानगीचे स्वरूप विद्युत क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत ध्रुवीकरणाच्या घटनेवर आधारित आहे. बहुतेक पदार्थ सामान्यतः विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असतात, जरी त्यात चार्ज केलेले कण असतात. हे कण पदार्थाच्या वस्तुमानात यादृच्छिकपणे स्थित आहेत आणि त्यांचे विद्युत क्षेत्र, सरासरी, एकमेकांना तटस्थ करतात.

डायलेक्ट्रिक्समध्ये, प्रामुख्याने बंधनकारक शुल्क असतात (त्यांना द्विध्रुव म्हणतात). हे द्विध्रुव पारंपारिकपणे दोन भिन्न कणांच्या बंडलचे प्रतिनिधित्व करतात, जे उत्स्फूर्तपणे डायलेक्ट्रिकच्या जाडीच्या बाजूने केंद्रित असतात आणि सरासरी, शून्य विद्युत क्षेत्राची ताकद निर्माण करतात. बाह्य क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत, द्विध्रुव लागू केलेल्या शक्तीनुसार स्वतःला अभिमुख करतात. परिणामी, अतिरिक्त विद्युत क्षेत्र तयार होते. तत्सम घटना नॉनपोलर डायलेक्ट्रिक्समध्ये देखील आढळतात.

कंडक्टरमध्ये, प्रक्रिया समान असतात, केवळ विनामूल्य शुल्क असतात, जे बाह्य क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत वेगळे केले जातात आणि त्यांचे स्वतःचे विद्युत क्षेत्र देखील तयार करतात. हे फील्ड बाह्य क्षेत्राकडे निर्देशित केले जाते, शुल्क तपासते आणि त्यांच्या परस्परसंवादाची ताकद कमी करते.पदार्थाची ध्रुवीकरण करण्याची क्षमता जितकी जास्त असेल तितकी जास्त ε.

विविध पदार्थांचे डायलेक्ट्रिक स्थिरांक

वेगवेगळ्या पदार्थांमध्ये भिन्न डायलेक्ट्रिक स्थिरांक असतात. त्यापैकी काहींसाठी ε चे मूल्य तक्ता 1 मध्ये दिलेले आहे. हे स्पष्ट आहे की ही मूल्ये एकतेपेक्षा मोठी आहेत, त्यामुळे व्हॅक्यूमच्या तुलनेत शुल्काचा परस्परसंवाद नेहमीच कमी होतो. हे देखील लक्षात घेतले पाहिजे की हवेसाठी ε एकतेपेक्षा किंचित जास्त आहे, म्हणून हवेतील शुल्काचा परस्परसंवाद व्हॅक्यूममधील परस्परसंवादापेक्षा व्यावहारिकदृष्ट्या भिन्न नाही.

तक्ता 1. विविध पदार्थांसाठी विद्युत पारगम्यतेची मूल्ये.

डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आणि कॅपेसिटरची कॅपेसिटन्स

सराव मध्ये ε चे मूल्य जाणून घेणे महत्वाचे आहे, उदाहरणार्थ, इलेक्ट्रिकल कॅपेसिटर तयार करताना. त्यांना क्षमता प्लेट्सचे भौमितिक परिमाण, त्यांच्यामधील अंतर आणि डायलेक्ट्रिकची परवानगी यावर अवलंबून असते.

आपण प्राप्त करणे आवश्यक असल्यास कॅपेसिटर वाढीव क्षमता, नंतर प्लेट्सच्या क्षेत्रामध्ये वाढ झाल्यामुळे परिमाण वाढतात. इलेक्ट्रोड्समधील अंतर कमी करण्यासाठी व्यावहारिक मर्यादा देखील आहेत. या प्रकरणात, वाढलेल्या डायलेक्ट्रिक स्थिरतेसह इन्सुलेटरचा वापर मदत करू शकतो. तुम्ही जास्त ε असलेली सामग्री वापरत असल्यास, तुम्ही प्लेट्सचा आकार कमी करू शकता किंवा न गमावता त्यांच्यातील अंतर वाढवू शकता. विद्युत क्षमता.

फेरोइलेक्ट्रिक्स नावाचे पदार्थ वेगळ्या श्रेणीमध्ये वेगळे केले जातात, ज्यामध्ये, विशिष्ट परिस्थितींमध्ये, उत्स्फूर्त ध्रुवीकरण होते.विचाराधीन क्षेत्रामध्ये, ते दोन गुणांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत:

• डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटीची मोठी मूल्ये (सामान्य मूल्ये - शेकडो ते अनेक हजार);
• बाह्य विद्युत क्षेत्र बदलून डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाचे मूल्य नियंत्रित करण्याची क्षमता.

हे गुणधर्म लहान वजन आणि आकाराच्या निर्देशकांसह उच्च-क्षमतेच्या कॅपेसिटरच्या निर्मितीसाठी (इन्सुलेटरच्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाच्या वाढीव मूल्यामुळे) वापरले जातात.

अशी उपकरणे केवळ कमी-फ्रिक्वेंसी अल्टरनेटिंग करंट सर्किट्समध्ये कार्य करतात - जसजशी वारंवारता वाढते तसतसे त्यांचे डायलेक्ट्रिक स्थिरता कमी होते. फेरोइलेक्ट्रिक्सचा आणखी एक वापर म्हणजे व्हेरिएबल कॅपेसिटर, ज्याची वैशिष्ट्ये वेगवेगळ्या पॅरामीटर्ससह लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली बदलतात.

डायलेक्ट्रिक कॉन्स्टंट आणि डायलेक्ट्रिक नुकसान

तसेच, डायलेक्ट्रिकमधील तोटा डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाच्या मूल्यावर अवलंबून असतो - हा उर्जेचा भाग आहे जो डायलेक्ट्रिकमध्ये गरम करण्यासाठी गमावला जातो. या नुकसानांचे वर्णन करण्यासाठी, पॅरामीटर tan δ सहसा वापरला जातो - डायलेक्ट्रिक नुकसान कोनाची स्पर्शिका. हे कॅपेसिटरमधील डायलेक्ट्रिक नुकसानाची शक्ती दर्शवते, ज्यामध्ये डायलेक्ट्रिक उपलब्ध tg δ असलेल्या सामग्रीपासून बनवले जाते. आणि प्रत्येक पदार्थासाठी विशिष्ट पॉवर लॉस p=E सूत्राद्वारे निर्धारित केले जाते²*ώ*ε*ε*tg δ, कुठे:

• p हे विशिष्ट पॉवर लॉस आहे, W;
• ώ=2*π*f ही विद्युत क्षेत्राची वर्तुळाकार वारंवारता आहे;
• E ही विद्युत क्षेत्राची ताकद आहे, V/m.

साहजिकच, डायलेक्ट्रिक स्थिरांक जितका जास्त असेल तितका डायलेक्ट्रिकमध्ये तोटा जास्त असतो, इतर सर्व गोष्टी समान असतात.

बाह्य घटकांवर परवानगीचे अवलंबन

हे लक्षात घ्यावे की परवानगीचे मूल्य विद्युत क्षेत्राच्या वारंवारतेवर अवलंबून असते (या प्रकरणात, प्लेट्सवर लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या वारंवारतेवर). वारंवारता वाढते म्हणून, अनेक पदार्थांसाठी ε चे मूल्य कमी होते. हा प्रभाव ध्रुवीय डायलेक्ट्रिक्ससाठी उच्चारला जातो. या घटनेचे स्पष्टीकरण या वस्तुस्थितीद्वारे केले जाऊ शकते की शुल्क (द्विध्रुव) फील्डचे अनुसरण करण्यास वेळ मिळत नाही. आयनिक किंवा इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरणाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत पदार्थांसाठी, वारंवारतेवर परवानगीचे अवलंबित्व कमी आहे.

म्हणून, कॅपेसिटर डायलेक्ट्रिक बनविण्यासाठी सामग्रीची निवड खूप महत्वाची आहे. जे कमी फ्रिक्वेन्सीवर कार्य करते ते उच्च फ्रिक्वेन्सीवर चांगले अलगाव प्रदान करेल असे नाही. बहुतेकदा, नॉन-पोलर डायलेक्ट्रिक्स एचएफमध्ये इन्सुलेटर म्हणून वापरले जातात.

तसेच, डायलेक्ट्रिक स्थिरांक तापमानावर आणि वेगवेगळ्या पदार्थांवर वेगवेगळ्या प्रकारे अवलंबून असतो. नॉनपोलर डायलेक्ट्रिक्ससाठी, वाढत्या तापमानासह ते कमी होते. या प्रकरणात, अशा इन्सुलेटरचा वापर करून बनवलेल्या कॅपेसिटरसाठी, ते कॅपेसिटन्सच्या नकारात्मक तापमान गुणांक (TKE) बद्दल बोलतात - क्षमता ε नंतर वाढत्या तापमानासह कमी होते. इतर पदार्थांसाठी, वाढत्या तापमानासह पारगम्यता वाढते आणि सकारात्मक TKE सह कॅपेसिटर मिळू शकतात. जोडीमध्ये विरुद्ध TKE सह कॅपेसिटर समाविष्ट करून, आपण थर्मली स्थिर कॅपेसिटन्स मिळवू शकता.

व्यावहारिक हेतूंसाठी विविध पदार्थांच्या परवानगीच्या मूल्याचे सार आणि ज्ञान समजून घेणे महत्वाचे आहे. आणि डायलेक्ट्रिक स्थिरांक पातळी नियंत्रित करण्याची क्षमता अतिरिक्त तांत्रिक दृष्टीकोन प्रदान करते.

तत्सम लेख: