परवानगी म्हणजे काय

Coulomb च्या कायद्याने निर्धारित केल्यानुसार शुल्क भिन्न शक्तींसह भिन्न माध्यमांमध्ये एकमेकांशी संवाद साधतात. या माध्यमांचे गुणधर्म डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटी नावाच्या प्रमाणाद्वारे निर्धारित केले जातात.

डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटी म्हणजे काय

त्यानुसार कुलॉम्बचा कायदादोन बिंदू-समान स्थिर शुल्क q₁ आणि q₂ व्हॅक्यूममध्ये एफ सूत्राने दिलेल्या बलाशी संवाद साधतो_cl= ((१/४)*π* ε)*(|q₁||*|प्र₂|/r²), कुठे:

• एफ_cl - कुलॉम्ब फोर्स, एन;
• q₁, q₂ - शुल्काचे मॉड्यूल, kl;
• r हे शुल्कांमधील अंतर आहे, m;
• ε₀ - विद्युत स्थिरांक, 8.85*10^-12 F/m (फराड प्रति मीटर).

जर परस्परसंवाद व्हॅक्यूममध्ये होत नसेल, तर सूत्रामध्ये आणखी एक मात्रा समाविष्ट असते जी कौलॉम्ब फोर्सवर पदार्थाचा प्रभाव ठरवते आणि कौलॉम्बच्या कायद्याचे नोटेशन असे दिसते:

F=((1/4)*π* ε*ε)*(|q₁||*|प्र₂|/r²).

हे प्रमाण 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 डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटीचा वापर विद्युत स्थिरांकाच्या संयोगाने केला जातो, अशा परिस्थितीत निरपेक्ष डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटीची संकल्पना मांडणे सोयीचे असते. हे ε द्वारे दर्शविले जाते_a आणि ε बरोबर आहे_a= ε* ε. या प्रकरणात परिपूर्ण पारगम्यतेचे परिमाण F/m आहे. सामान्य पारगम्यता ε ला सापेक्ष देखील म्हटले जाते, ते ε पासून वेगळे करण्यासाठी_a.

डायलेक्ट्रिक परवानगीचे स्वरूप

डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटीचे 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 अव्यवस्थितपणे मांडलेले असतात आणि त्यांची विद्युत क्षेत्रे सरासरी एकमेकांना तटस्थ करतात.

डायलेक्ट्रिकमध्ये मुख्यतः बद्ध शुल्क (ज्याला द्विध्रुव म्हणतात) असतात. हे द्विध्रुव पारंपारिकपणे दोन भिन्न कणांचे बंडल दर्शवतात, 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. अशाच प्रकारची घटना नॉन-पोलर डायलेक्ट्रिक्समध्ये आढळते.

कंडक्टरमध्ये, प्रक्रिया सारख्याच असतात, केवळ विनामूल्य शुल्क असतात जे बाह्य क्षेत्राच्या कृतीनुसार वेगळे होतात आणि त्यांचे स्वतःचे विद्युत क्षेत्र देखील तयार करतात. हे क्षेत्र बाह्य क्षेत्राकडे निर्देशित केले जाते, शुल्कांचे संरक्षण करते आणि त्यांच्या परस्परसंवादाची शक्ती कमी करते. पदार्थाची ध्रुवीकरण क्षमता जितकी जास्त तितकी ε जास्त.

वेगवेगळ्या पदार्थांची डायलेक्ट्रिक परवानगी

वेगवेगळ्या पदार्थांमध्ये भिन्न डायलेक्ट्रिक परवानगी असते. त्यापैकी काहींसाठी ε चे मूल्य तक्ता 1 मध्ये दर्शविले आहे. स्पष्टपणे, ही मूल्ये एकतेपेक्षा मोठी आहेत, त्यामुळे व्हॅक्यूमच्या तुलनेत शुल्काचा परस्परसंवाद नेहमी कमी होतो.तसेच हे लक्षात घेणे आवश्यक आहे की हवेसाठी ε एकतेपेक्षा थोडा जास्त आहे, म्हणून हवेतील शुल्काचा परस्परसंवाद व्हॅक्यूममधील परस्परसंवादापेक्षा व्यावहारिकदृष्ट्या भिन्न नाही.

तक्ता 1. विविध पदार्थांसाठी विद्युत पारगम्यतेची मूल्ये.

कॅपेसिटर डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आणि कॅपेसिटन्स

सराव मध्ये ε चे मूल्य जाणून घेणे महत्वाचे आहे, उदाहरणार्थ इलेक्ट्रिकल कॅपेसिटरच्या डिझाइनमध्ये. त्यांचे क्षमता शेल्सच्या परिमाणांवर, त्यांच्यातील अंतर आणि डायलेक्ट्रिकच्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकावर अवलंबून असते.

बनवायचे असेल तर एक कॅपेसिटर जर इलेक्ट्रोड्सची क्षमता जास्त असेल, तर कव्हर्सचे क्षेत्रफळ वाढल्याने आकार वाढतो. इलेक्ट्रोडमधील अंतर कमी करण्यासाठी व्यावहारिक मर्यादा देखील आहेत. या प्रकरणात, वाढलेल्या डायलेक्ट्रिक स्थिरतेसह इन्सुलेटरचा वापर मदत करू शकतो. जास्त ε असलेली सामग्री वापरली असल्यास, इलेक्ट्रोडचा आकार अनेक वेळा कमी केला जाऊ शकतो किंवा त्यांच्यातील अंतर कमी न करता वाढवता येऊ शकते. विद्युत क्षमता.

पदार्थांच्या वेगळ्या श्रेणीला सेगमेंटलेक्ट्रिक्स म्हणतात, ज्यामध्ये विशिष्ट परिस्थितींमध्ये उत्स्फूर्त ध्रुवीकरण होते. विचाराधीन क्षेत्रात ते दोन गोष्टींद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत:

• डायलेक्ट्रिक परवानगीची मोठी मूल्ये (वैशिष्ट्यपूर्ण मूल्ये - शेकडो ते अनेक हजारांपर्यंत);
• बाह्य विद्युत क्षेत्र बदलून डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटीचे मूल्य नियंत्रित करण्याची क्षमता.

हे गुणधर्म लहान वस्तुमान आणि परिमाणांसह उच्च क्षमतेचे (इन्सुलेटरच्या डायलेक्ट्रिक परवानगीमुळे) कॅपेसिटर तयार करण्यासाठी वापरले जातात.

अशी उपकरणे केवळ कमी-फ्रिक्वेंसी एसी सर्किट्समध्ये कार्य करतात - वाढत्या वारंवारतेसह त्यांचे डायलेक्ट्रिक स्थिरता कमी होते. फेरोइलेक्ट्रिक्सचा आणखी एक अनुप्रयोग म्हणजे व्हेरिएबल कॅपेसिटर, ज्याची वैशिष्ट्ये लागू केलेल्या इलेक्ट्रिक फील्डच्या प्रभावाखाली वेगवेगळ्या पॅरामीटर्ससह बदलतात.

डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटी आणि डायलेक्ट्रिक नुकसान

डाईलेक्ट्रिक नुकसान, म्हणजेच, ऊर्जेचा भाग जो डायलेक्ट्रिकमध्ये उष्णतेसाठी गमावला जातो, तो देखील डायलेक्ट्रिक स्थिरांकावर अवलंबून असतो. पॅरामीटर tg δ, डायलेक्ट्रिक नुकसानाच्या कोनाची स्पर्शिका, सामान्यतः या नुकसानांचे वर्णन करण्यासाठी वापरली जाते. हे कॅपेसिटरमध्ये डायलेक्ट्रिक नुकसानाची शक्ती दर्शवते ज्यामध्ये डायलेक्ट्रिक हे tg δ असलेल्या सामग्रीपासून बनलेले असते. आणि प्रत्येक पदार्थाच्या नुकसानाची विशिष्ट शक्ती p=E या सूत्राद्वारे परिभाषित केली जाते²*ώ*ε*ε*tg δ, कुठे:

• p - नुकसानाची विशिष्ट शक्ती, डब्ल्यू;
• ώ=2*π*f - विद्युत क्षेत्राची वर्तुळाकार वारंवारता;
• ई - विद्युत क्षेत्राची ताकद, V/m.

साहजिकच, डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटी जितकी जास्त असेल तितकी डायलेक्ट्रिकमध्ये जास्त तोटा, इतर सर्व परिस्थिती समान असतात.

बाह्य घटकांवर डायलेक्ट्रिक परवानगीचे अवलंबन

हे लक्षात घ्यावे की डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटीचे मूल्य इलेक्ट्रिक फील्डच्या वारंवारतेवर अवलंबून असते (या प्रकरणात, फेसिंगवर लागू व्होल्टेजची वारंवारता). वारंवारता वाढते म्हणून, अनेक पदार्थांमधील ε चे मूल्य कमी होते. हा प्रभाव ध्रुवीय डायलेक्ट्रिक्ससाठी उच्चारला जातो. ही घटना या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केली जाऊ शकते की शुल्क (द्विध्रुव) यापुढे फील्डचे अनुसरण करण्यास वेळ नाही. आयनिक किंवा इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरणाद्वारे वैशिष्ट्यीकृत पदार्थांसाठी, वारंवारतेवर डायलेक्ट्रिक परवानगीचे अवलंबित्व कमी आहे.

म्हणूनच कॅपेसिटर डायलेक्ट्रिक बनविण्यासाठी सामग्रीची निवड करणे खूप महत्वाचे आहे. जे कमी फ्रिक्वेन्सीवर काम करते ते उच्च फ्रिक्वेन्सीवर दर्जेदार इन्सुलेशन तयार करत नाही. जास्त वेळा, नॉन-पोलर डायलेक्ट्रिक्सचा वापर उच्च फ्रिक्वेन्सीवर इन्सुलेटर म्हणून केला जातो.

तसेच, डायलेक्ट्रिक स्थिरता तापमानावर अवलंबून असते आणि ते पदार्थानुसार बदलते. नॉन-पोलर डायलेक्ट्रिक्समध्ये, वाढत्या तापमानासह ते कमी होते. या प्रकरणात, अशा इन्सुलेटरसह बनवलेल्या कॅपेसिटरसाठी, आम्ही कॅपेसिटन्सच्या नकारात्मक तापमान गुणांक (TKE) बद्दल बोलतो - क्षमता ε नंतर वाढत्या तापमानासह घसरते. इतर पदार्थांमध्ये वाढत्या तापमानासह उच्च पारगम्यता असते आणि सकारात्मक TKE सह कॅपेसिटर मिळवणे शक्य आहे. विरुद्ध TKEs सह कॅपेसिटर जोडून, ​​थर्मोस्टेबल कॅपेसिटन्स मिळवता येतो.

विविध पदार्थांच्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाचे सार आणि ज्ञान समजून घेणे व्यावहारिक हेतूंसाठी महत्त्वाचे आहे. आणि डायलेक्ट्रिक परमिटिव्हिटीची पातळी नियंत्रित करण्याची क्षमता अतिरिक्त तांत्रिक दृष्टीकोन प्रदान करते.

संबंधित लेख: