डायएलेक्ट्रिक सामग्री: परिभाषा, गुणधर्म और अनुप्रयोग
डायएलेक्ट्रिक सामग्री को एक विद्युत अवरोधक माना जाता है जिसे लगाए गए विद्युत क्षेत्र द्वारा पोलराइज़ किया जा सकता है। इसका अर्थ है कि जब डायएलेक्ट्रिक सामग्री को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह विद्युत आवेशों को अपने माध्यम से प्रवाहित होने नहीं देता, बल्कि इसके भीतरी विद्युत डाइपोल (विपरीत आवेशों के युग्म) को क्षेत्र की दिशा में संरेखित कर देता है। यह संरेखण डायएलेक्ट्रिक सामग्री के भीतर कुल विद्युत क्षेत्र को कम करता है और उस क्षमता को बढ़ाता है जिसमें यह उपयोग की जाती है।
डायएलेक्ट्रिक सामग्रियाँ कैसे काम करती हैं?
डायएलेक्ट्रिक सामग्रियों के कार्य को समझने के लिए, हमें विद्युत चुंबकत्व के कुछ मूल अवधारणाओं को जानना चाहिए।
विद्युत क्षेत्र एक ऐसा स्थान है जहाँ विद्युत आवेश एक बल का अनुभव करता है। विद्युत क्षेत्र की दिशा एक सकारात्मक आवेश पर बल की दिशा होती है, और विद्युत क्षेत्र की तीव्रता बल की ताकत के समानुपाती होती है। विद्युत क्षेत्र विद्युत आवेशों या बदलते चुंबकीय क्षेत्र द्वारा बनाए जाते हैं।
विद्युत पोलराइज़ेशन
विद्युत पोलराइज़ेशन एक बाह्य विद्युत क्षेत्र के कारण एक सामग्री के भीतर सकारात्मक और नकारात्मक आवेशों का विभाजन है। जब एक सामग्री पोलराइज़ होती है, तो इसमें विद्युत डाइपोल मोमेंट विकसित होता है, जो आवेशों के विभाजन और उनकी संरेखण की मात्रा का माप है। सामग्री का विद्युत डाइपोल मोमेंट इसकी विद्युत संवेदनशीलता के समानुपाती होता है, जो इसके पोलराइज़ होने की सरलता का माप है।
क्षमता
क्षमता एक प्रणाली की विद्युत आवेश को संचयित करने की क्षमता है। क्षमता एक उपकरण है जो दो चालक (प्लेट) से बना होता है, जो एक अवरोधक (डायएलेक्ट्रिक) द्वारा अलग किए गए होते हैं। जब एक वोल्टेज प्लेटों के बीच लगाया जाता है, तो एक विद्युत क्षेत्र बनता है, और आवेश प्रत्येक प्लेट पर जमा होते हैं। क्षमता की क्षमता प्लेटों के क्षेत्रफल के समानुपाती, उनके बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती, और अवरोधक के डायएलेक्ट्रिक नियतांक के समानुपाती होती है।
डायएलेक्ट्रिक सामग्रियों के गुण
डायएलेक्ट्रिक सामग्रियों के कुछ महत्वपूर्ण गुण निम्नलिखित हैं:
डायएलेक्ट्रिक नियतांक: यह एक विमाहीन मात्रा है जो दर्शाती है कि किसी सामग्री द्वारा एक क्षमता की क्षमता रिक्त स्थान की तुलना में कितनी बढ़ जाती है। इसे भी सापेक्ष परमिटिविटी या परमिटिविटी अनुपात कहा जाता है। रिक्त स्थान का डायएलेक्ट्रिक नियतांक 1 होता है, और हवा का डायएलेक्ट्रिक नियतांक लगभग 1.0006 होता है। उच्च डायएलेक्ट्रिक नियतांक वाली सामग्रियों में जल (लगभग 80), बेरियम टाइटेनेट (लगभग 1200), और स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (लगभग 2000) शामिल हैं।
डायएलेक्ट्रिक ताकत: यह एक सामग्री द्वारा सहन की जा सकने वाली अधिकतम विद्युत क्षेत्र है, जिसमें यह अवरोधक या चालक नहीं बन जाती है। इसे वोल्ट प्रति मीटर (V/m) या किलोवोल्ट प्रति मिलीमीटर (kV/mm) में मापा जाता है। हवा की डायएलेक्ट्रिक ताकत लगभग 3 MV/m होती है, और कांच की डायएलेक्ट्रिक ताकत लगभग 10 MV/m होती है।
डायएलेक्ट्रिक नुकसान: यह एक सामग्री पर एक विकल्पी विद्युत क्षेत्र लगाने पर ऊष्मा के रूप में विकिरण शक्ति की मात्रा है। इसे नुकसान टेंजेंट या विकिरण गुणांक, जो जटिल परमिटिविटी के काल्पनिक भाग के वास्तविक भाग के अनुपात से मापा जाता है। डायएलेक्ट्रिक नुकसान विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति और तापमान, और सामग्री की संरचना और शुद्धता पर निर्भर करता है। उच्च दक्षता और कम गर्मी की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए कम डायएलेक्ट्रिक नुकसान वाली सामग्रियाँ वांछनीय होती हैं।
डायएलेक्ट्रिक सामग्रियों के प्रकार और उदाहरण
डायएलेक्ट्रिक सामग्रियों को उनकी अणु संरचना और पोलराइज़ेशन मेकानिज्म के आधार पर विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है। कुछ सामान्य प्रकार और उदाहरण निम्नलिखित हैं:
रिक्त स्थान: यह पदार्थों की अनुपस्थिति है और इसलिए इसमें कोई पोलराइज़ेशन नहीं होता। इसका डायएलेक्ट्रिक नियतांक 1 होता है और इसमें कोई डायएलेक्ट्रिक नुकसान नहीं होता।
गैसें: ये परमाणुओं या अणुओं से बनी होती हैं, जो ढीले बंधे रहते हैं और स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। उनके डायएलेक्ट्रिक नियतांक (1 के करीब) और डायएलेक्ट्रिक नुकसान कम होते हैं। उदाहरणों में हवा, नाइट्रोजन, हीलियम, और सल्फर हेक्साफ्लोराइड शामिल हैं।
तरल: ये अणुओं से बने होते हैं, जो गैसों की तुलना में अधिक मजबूत बंधे होते हैं, लेकिन अभी भी चल सकते हैं। उनके डायएलेक्ट्रिक नियतांक (2 से 80 के बीच) और डायएलेक्ट्रिक नुकसान अधिक होते हैं। उदाहरणों में पानी, ट्रांसफार्मर तेल, इथेनोल, और ग्लिसेरोल शामिल हैं।
