विद्युत पारगम्यता

पारगम्यता एक मात्रा है जो एक संधारित्र की प्लेटों के बीच रखे एक ढांकता हुआ की समाई की विशेषता है। जैसा कि आप जानते हैं, एक समतल संधारित्र की धारिता प्लेटों के क्षेत्रफल के आकार पर निर्भर करती है (से बड़ा क्षेत्रप्लेटें, अधिक से अधिक समाई), प्लेटों के बीच की दूरी या ढांकता हुआ की मोटाई (ढांकता हुआ मोटा, कम समाई), साथ ही ढांकता हुआ की सामग्री से, जिसकी विशेषता विद्युत पारगम्यता है।

संख्यात्मक रूप से, विद्युत पारगम्यता एक संधारित्र के समाई के अनुपात के बराबर होती है जिसमें कुछ ढांकता हुआ होता है एयर कंडेनसर... कॉम्पैक्ट कैपेसिटर बनाने के लिए, उच्च विद्युत पारगम्यता वाले डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग करना आवश्यक है। अधिकांश डाइलेक्ट्रिक्स की विद्युत पारगम्यता कई इकाइयाँ हैं।

प्रौद्योगिकी में उच्च और अति उच्च विद्युत पारगम्यता वाले डाइलेक्ट्रिक्स प्राप्त किए गए हैं। उनमें से ज्यादातर रूटाइल (टाइटेनियम डाइऑक्साइड) हैं।

चित्र 1. माध्यम की विद्युत पारगम्यता

ढांकता हुआ नुकसान कोण

लेख "डाइलेक्ट्रिक्स" में हमने डीसी और एसी सर्किट में ढांकता हुआ शामिल करने के उदाहरणों की जांच की। यह पता चला कि जब एक वैकल्पिक वोल्टेज द्वारा गठित विद्युत क्षेत्र में एक वास्तविक ढांकता हुआ काम करता है, तो तापीय ऊर्जा निकलती है। इस मामले में अवशोषित शक्ति को ढांकता हुआ नुकसान कहा जाता है।लेख "एसी सर्किट युक्त समाई" यह साबित करेगा कि एक आदर्श ढांकता हुआ में, कैपेसिटिव करंट वोल्टेज को 90 ° से कम कोण से ले जाता है। एक वास्तविक ढांकता हुआ में, कैपेसिटिव करंट वोल्टेज को 90 ° से कम कोण पर ले जाता है। कोण में कमी लीकेज करंट से प्रभावित होती है, अन्यथा इसे कंडक्शन करंट कहा जाता है।

एक वास्तविक ढांकता हुआ के साथ एक सर्किट में बहने वाले वोल्टेज और करंट के बीच 90 ° और कतरनी कोण के बीच के अंतर को डाइलेक्ट्रिक लॉस एंगल या लॉस एंगल कहा जाता है और इसे (डेल्टा) से दर्शाया जाता है। अधिक बार, कोण स्वयं निर्धारित नहीं होता है, बल्कि इस कोण की स्पर्शरेखा होती है -टीजी .

यह पाया गया कि ढांकता हुआ नुकसान वोल्टेज के वर्ग, प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति, संधारित्र की समाई और ढांकता हुआ नुकसान के कोण के स्पर्शरेखा के समानुपाती होता है।

नतीजतन, ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा जितना बड़ा होता है, तन , ढांकता हुआ में ऊर्जा की हानि उतनी ही अधिक होती है, ढांकता हुआ सामग्री उतनी ही खराब होती है। अपेक्षाकृत उच्च तन (0.08 - 0.1 और अधिक के क्रम की) वाली सामग्री खराब इन्सुलेटर हैं। अपेक्षाकृत कम टैन (0.0001 के क्रम के) वाले पदार्थ अच्छे इन्सुलेटर होते हैं।

एक संधारित्र की क्षमता निर्भर करती है, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, न केवल इसके घटक कंडक्टरों के आकार, आकार और सापेक्ष स्थिति पर, बल्कि इन कंडक्टरों के बीच की जगह को भरने वाले ढांकता हुआ के गुणों पर भी निर्भर करता है। परावैद्युत का प्रभाव निम्नलिखित प्रयोग द्वारा स्थापित किया जा सकता है। आइए फ्लैट कैपेसिटर को चार्ज करें और इलेक्ट्रोमीटर के रीडिंग का निरीक्षण करें, जो कैपेसिटर के पार वोल्टेज को मापता है। आइए फिर एक अनावेशित एबोनाइट प्लेट को संधारित्र में धकेलें (चित्र 63)। हम देखेंगे कि प्लेटों के बीच संभावित अंतर काफ़ी कम हो जाएगा। यदि एबोनाइट को हटा दिया जाता है, तो इलेक्ट्रोमीटर रीडिंग समान रहती है। इससे पता चलता है कि हवा को एबोनाइट से बदलने पर कंडेनसर की धारिता बढ़ जाती है। इबोनाइट के स्थान पर कुछ अन्य डाइइलेक्ट्रिक लेने पर हमें एक समान परिणाम प्राप्त होता है, लेकिन केवल संधारित्र की धारिता में परिवर्तन भिन्न होगा। यदि एक संधारित्र की धारिता है, जिसके प्लेटों के बीच एक निर्वात है, और उसी संधारित्र की धारिता है, जब प्लेटों के बीच का सारा स्थान बिना वायु अंतराल के, किसी प्रकार के ढांकता हुआ से भरा जाता है, तो समाई है समाई से कई गुना बड़ा होगा, जहां यह केवल ढांकता हुआ की प्रकृति पर निर्भर करता है। तो कोई लिख सकता है

चावल। 63. जब एबोनाइट प्लेट को उसकी प्लेटों के बीच धकेला जाता है तो संधारित्र की धारिता बढ़ जाती है। इलेक्ट्रोमीटर के पत्ते गिर जाते हैं, हालांकि चार्ज वही रहता है

मात्रा को आपेक्षिक ढांकता हुआ स्थिरांक या केवल उस माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक कहा जाता है जो संधारित्र प्लेटों के बीच की जगह को भरता है। टेबल 1 कुछ पदार्थों के ढांकता हुआ स्थिरांक के मूल्यों को दर्शाता है।

तालिका 1. कुछ पदार्थों का ढांकता हुआ स्थिरांक

पदार्थ
पानी (साफ)
सिरेमिक (रेडियो इंजीनियरिंग)

उपरोक्त न केवल एक फ्लैट संधारित्र के लिए, बल्कि किसी भी आकार के संधारित्र के लिए भी सच है: हवा को किसी प्रकार के ढांकता हुआ के साथ बदलकर, हम संधारित्र की क्षमता को कई बार बढ़ाते हैं।

कड़ाई से बोलते हुए, संधारित्र की क्षमता कई गुना बढ़ जाती है, यदि एक प्लेट से दूसरी प्लेट में जाने वाली सभी क्षेत्र रेखाएं दिए गए ढांकता हुआ से गुजरती हैं। यह होगा, उदाहरण के लिए, एक संधारित्र के लिए जो एक बड़े बर्तन में डाले गए किसी प्रकार के ढांकता हुआ तरल में पूरी तरह से डूबा हुआ है। हालाँकि, यदि प्लेटों के बीच की दूरी उनके आयामों की तुलना में छोटी है, तो हम मान सकते हैं कि यह केवल प्लेटों के बीच की जगह को भरने के लिए पर्याप्त है, क्योंकि यह यहाँ है कि संधारित्र का विद्युत क्षेत्र व्यावहारिक रूप से केंद्रित है। तो, एक फ्लैट संधारित्र के लिए, प्लेटों के बीच केवल एक ढांकता हुआ के बीच की जगह को भरने के लिए पर्याप्त है।

प्लेटों के बीच एक उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाले पदार्थ को रखने से, संधारित्र की धारिता को काफी बढ़ाया जा सकता है। यह व्यवहार में प्रयोग किया जाता है, और आमतौर पर हवा को एक संधारित्र के लिए एक ढांकता हुआ के रूप में नहीं चुना जाता है, लेकिन कांच, पैराफिन, अभ्रक और अन्य पदार्थ। अंजीर में। 64 एक तकनीकी संधारित्र दिखाता है जिसमें ढांकता हुआ एक पैराफिन-गर्भवती पेपर टेप है। इसके कवर शीट मेटल के होते हैं, जिन्हें लच्छेदार कागज पर दोनों तरफ दबाया जाता है। ऐसे कैपेसिटर की क्षमता अक्सर कई माइक्रोफ़ारड तक पहुंच जाती है। तो, उदाहरण के लिए, एक शौकिया रेडियो संधारित्र का आकार माचिस 2 μF की धारिता है।

चावल। 64. तकनीकी फ्लैट संधारित्र: ए) इकट्ठे; बी) आंशिक रूप से अलग किया गया: 1 और 1 "- स्टैनिओल टेप, जिसके बीच लच्छेदार पतले कागज के टेप रखे गए हैं। सभी टेप एक साथ" एक समझौते की तरह "मोटे जाते हैं और एक धातु के बक्से में डाल दिए जाते हैं। संपर्क 3 और 3" को मिलाप किया जाता है टेप 1 और 1 के छोर "सर्किट में एक संधारित्र को शामिल करने के लिए

यह स्पष्ट है कि संधारित्र के निर्माण के लिए केवल बहुत अच्छे इन्सुलेट गुणों वाले डाइलेक्ट्रिक्स उपयुक्त हैं। अन्यथा, शुल्क ढांकता हुआ के माध्यम से बहेंगे। इसलिए, पानी, अपने उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक के बावजूद, कैपेसिटर के निर्माण के लिए बिल्कुल भी उपयुक्त नहीं है, क्योंकि केवल पूरी तरह से शुद्ध पानी ही पर्याप्त रूप से अच्छा ढांकता हुआ है।

यदि एक समतल संधारित्र की प्लेटों के बीच के स्थान को परावैद्युत नियतांक वाले माध्यम से भरा जाता है, तो समतल संधारित्र के लिए सूत्र (34.1) का रूप लेता है

तथ्य यह है कि एक संधारित्र की क्षमता पर्यावरण पर निर्भर है, यह दर्शाता है कि डाइलेक्ट्रिक्स के अंदर विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन होता है। हमने देखा है कि जब एक संधारित्र एक परावैद्युत स्थिरांक के साथ एक परावैद्युत से भरा होता है, तो धारिता एक कारक से बढ़ जाती है। इसका मतलब यह है कि प्लेटों पर समान आवेशों के साथ, उनके बीच संभावित अंतर एक कारक से कम हो जाता है। लेकिन संभावित अंतर और क्षेत्र की ताकत एक दूसरे से संबंध (30.1) से संबंधित हैं। इसलिए, संभावित अंतर में कमी का मतलब है कि संधारित्र में क्षेत्र की ताकत जब एक ढांकता हुआ भरा होता है तो एक कारक से कम हो जाता है। यही कारण है कि संधारित्र की धारिता में वृद्धि होती है। निर्वात की तुलना में कई गुना कम। इसलिए, हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि ढांकता हुआ में रखे गए बिंदु आवेशों के लिए कूलम्ब के नियम (10.1) का रूप है

आभासी प्रयोगशाला कार्य संख्या 3 सॉफ्टवेयर

ठोस शरीर भौतिकी

कार्यान्वयन के लिए पद्धतिगत निर्देश प्रयोगशाला कार्यशिक्षा के सभी रूपों की तकनीकी विशिष्टताओं के छात्रों के लिए भौतिकी "ठोस अवस्था" के खंड पर नंबर 3

क्रास्नोयार्स्क 2012

आलोचक

भौतिक और गणितीय विज्ञान के उम्मीदवार, एसोसिएट प्रोफेसर ओ. एन. बंडुरिना

(साइबेरियन स्टेट एयरोस्पेस यूनिवर्सिटी

शिक्षाविद एम.एफ. रेशेतनेव)

आईसीटी पद्धति आयोग के निर्णय द्वारा प्रकाशित

अर्धचालकों के ढांकता हुआ स्थिरांक का निर्धारण। ठोस अवस्था भौतिकी पर आभासी प्रयोगशाला कार्य संख्या 3: तकनीकी के छात्रों के लिए भौतिकी "सॉलिड स्टेट" के खंड पर प्रयोगशाला कार्य संख्या 3 के कार्यान्वयन के लिए विधायी निर्देश। विशेषज्ञ। शिक्षा के सभी रूप / COMP।: ए.एम. खार्कोव; सिब। राज्य एयरोस्पेस अन-टी. - क्रास्नोयार्स्क, 2012 .-- 21 पी।

साइबेरियाई राज्य एयरोस्पेस

विश्वविद्यालय का नाम शिक्षाविद एम.एफ. रेशेतनेव, 2012

परिचय ……………………………………………………………………………… 4

प्रयोगशाला कार्य में प्रवेश ………………………………………………… 4

संरक्षण के लिए प्रयोगशाला कार्य का पंजीकरण …………………………………… 4

अर्धचालकों के ढांकता हुआ स्थिरांक का निर्धारण …………….. 5

विधि सिद्धांत ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… 5

ढांकता हुआ निरंतर माप तकनीक ………………… .. …… ..11

माप परिणामों का प्रसंस्करण ……………………… .. ……………………… 16

परीक्षण प्रश्न ………… .. ……………………………………………… .17

टेस्ट ……………………………………………………………………………… .17

सन्दर्भ ………………………………………………… 20

परिशिष्ट …………………………………………………………… 21

परिचय

आंकड़े दिशा निर्देशोंप्रयोगशाला कार्यों के लिए विवरण शामिल हैं जो "सॉलिड स्टेट फिजिक्स" पाठ्यक्रम से आभासी मॉडल का उपयोग करते हैं।

प्रयोगशाला वर्क परमिट:

प्रत्येक छात्र के व्यक्तिगत सर्वेक्षण के साथ समूहों में शिक्षक द्वारा संचालित। प्रवेश के लिए:

1) प्रत्येक छात्र इस प्रयोगशाला कार्य का अपना व्यक्तिगत सारांश पहले से तैयार करता है;

2) शिक्षक व्यक्तिगत रूप से सार के डिजाइन की जांच करता है और परिणामों के सिद्धांत, माप तकनीक, स्थापना और प्रसंस्करण के बारे में प्रश्न पूछता है;

3) विद्यार्थी उत्तर देता है पूछे गए प्रश्न;

4) शिक्षक छात्र को काम करने की अनुमति देता है और छात्र के सारांश में अपना हस्ताक्षर करता है।

संरक्षण के लिए प्रयोगशाला कार्य का पंजीकरण:

एक पूरी तरह से पूर्ण और रक्षा कार्य के लिए तैयार निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए:

सभी बिंदुओं की पूर्ति: आवश्यक मानों की सभी गणनाएँ, सभी तालिकाएँ स्याही से भरी हुई हैं, सभी रेखांकन बनाए गए हैं, आदि।

अनुसूचियों को शिक्षक की सभी आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

तालिकाओं में सभी मूल्यों के लिए, माप की संबंधित इकाई दर्ज की जानी चाहिए।

प्रत्येक ग्राफ के लिए निष्कर्ष दर्ज किए जाते हैं।

एक उत्तर निर्धारित प्रपत्र में लिखा गया है।

उत्तर के निष्कर्ष दर्ज किए जाते हैं।

अर्धचालकों की ढांकता हुआ पारगम्यता का निर्धारण

विधि सिद्धांत

ध्रुवीकरणएक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में एक ढांकता हुआ ध्रुवीकरण करने की क्षमता है, अर्थात। अंतरिक्ष में बाध्य आवेशित ढांकता हुआ कणों की व्यवस्था में परिवर्तन।

सबसे महत्वपूर्ण संपत्तिडाइलेक्ट्रिक्स विद्युत रूप से ध्रुवीकरण करने की उनकी क्षमता है, अर्थात। एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, आवेशित कणों या अणुओं का एक निर्देशित विस्थापन सीमित दूरी पर होता है। एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय दोनों अणुओं में आवेश विस्थापित होते हैं।

एक दर्जन से अधिक हैं विभिन्न प्रकारध्रुवीकरण। आइए उनमें से कुछ पर विचार करें:

1. इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरणधनावेशित नाभिक के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन कक्षाओं का विस्थापन है। यह किसी भी पदार्थ के सभी परमाणुओं में होता है, अर्थात। सभी डाइलेक्ट्रिक्स में। इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण 10 -15 -10 -14 s के समय में स्थापित होता है।

2. आयनिक ध्रुवीकरण- आयनिक बंधों वाले पदार्थों में विपरीत आवेशित आयनों का एक दूसरे के सापेक्ष विस्थापन। इसकी स्थापना का समय 10 -13 -10 -12 सेकेंड है। इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक ध्रुवीकरण ध्रुवीकरण के तात्कालिक या विरूपण प्रकारों में से हैं।

3. द्विध्रुवीय या अभिविन्यास ध्रुवीकरणविद्युत क्षेत्र की दिशा में द्विध्रुवों के उन्मुखीकरण के कारण। ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स में द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण होता है। इसकी स्थापना का समय 10 -10 -10 -6 s है। द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण एक धीमा या विश्राम प्रकार का ध्रुवीकरण है।

4. प्रवासन ध्रुवीकरणअमानवीय डाइलेक्ट्रिक्स में देखा गया है, जिसमें विद्युत आवेश अमानवीयता के खंड की सीमा पर जमा होते हैं। प्रवासी ध्रुवीकरण स्थापित करने की प्रक्रिया बहुत धीमी है और यह मिनटों या घंटों तक भी चल सकती है।

5. आयन विश्राम ध्रुवीकरणजाली स्थिरांक से अधिक दूरी पर विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत कमजोर बाध्य आयनों के अत्यधिक स्थानांतरण के कारण होता है। आयन छूट ध्रुवीकरण कुछ क्रिस्टलीय पदार्थों में आयनों के रूप में अशुद्धियों की उपस्थिति या क्रिस्टल जाली के ढीले पैकिंग में प्रकट होता है। इसकी स्थापना का समय 10 -8 -10 -4 सेकेंड है।

6. इलेक्ट्रॉनिक विश्राम ध्रुवीकरणथर्मल ऊर्जा द्वारा उत्तेजित अतिरिक्त "दोषपूर्ण" इलेक्ट्रॉनों या "छेद" के कारण उत्पन्न होता है। इस प्रकार के ध्रुवीकरण के परिणामस्वरूप आमतौर पर उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक होता है।

7. स्वतःस्फूर्त ध्रुवीकरण- एक निश्चित तापमान सीमा में कुछ पदार्थों (उदाहरण के लिए, रोशेल नमक) में होने वाला स्वतःस्फूर्त ध्रुवीकरण।

8. इलास्टो-द्विध्रुवीय ध्रुवीकरणछोटे कोणों के माध्यम से द्विध्रुव के लोचदार रोटेशन से जुड़ा हुआ है।

9. अवशिष्ट ध्रुवीकरण- ध्रुवीकरण, जो विद्युत क्षेत्र को हटाने के बाद लंबे समय तक कुछ पदार्थों (इलेक्ट्रेट) में रहता है।

10. गुंजयमान ध्रुवीकरण... यदि विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति द्विध्रुव के कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति के करीब है, तो अणुओं के कंपन बढ़ सकते हैं, जिससे द्विध्रुवीय ढांकता हुआ में गुंजयमान ध्रुवीकरण की उपस्थिति होगी। गुंजयमान ध्रुवीकरण अवरक्त क्षेत्र में आवृत्तियों पर मनाया जाता है। एक वास्तविक ढांकता हुआ एक साथ कई प्रकार के ध्रुवीकरण कर सकता है। एक विशेष प्रकार के ध्रुवीकरण की उपस्थिति द्वारा निर्धारित किया जाता है भौतिक - रासायनिक गुणपदार्थ और प्रयुक्त आवृत्तियों की सीमा।

मुख्य सेटिंग्स:

- ढांकता हुआ स्थिरांक- ध्रुवीकरण करने के लिए सामग्री की क्षमता का एक उपाय; यह एक मान है जो दर्शाता है कि किसी दिए गए पदार्थ में विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का बल निर्वात की तुलना में कितनी बार कम है। ढांकता हुआ के अंदर, एक क्षेत्र दिखाई देता है जो बाहरी के विपरीत निर्देशित होता है।

बाह्य क्षेत्र की शक्ति निर्वात में समान आवेशों के क्षेत्र की तुलना में ε के कारक द्वारा कमजोर होती है, जहां सापेक्ष पारगम्यता है।

यदि संधारित्र की प्लेटों के बीच निर्वात को ढांकता हुआ द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो ध्रुवीकरण के परिणामस्वरूप समाई बढ़ जाती है। ढांकता हुआ स्थिरांक की एक सरल परिभाषा इस पर आधारित है:

जहाँ C 0 संधारित्र की धारिता है, जिसकी प्लेटों के बीच एक निर्वात होता है।

सी डी एक ढांकता हुआ के साथ एक ही संधारित्र का समाई है।

ढांकता हुआ स्थिरांकएक समदैशिक माध्यम का अनुपात द्वारा निर्धारित किया जाता है:

(2)

जहां ढांकता हुआ संवेदनशीलता है।

डी = तन - ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा

ढांकता हुआ नुकसान -हानि विद्युतीय ऊर्जाडाइलेक्ट्रिक्स में धाराओं के प्रवाह के कारण। चालन I sk.pr के माध्यम से धारा के बीच अंतर, आसानी से मोबाइल आयनों की एक छोटी संख्या के डाइलेक्ट्रिक्स में उपस्थिति और ध्रुवीकरण धाराओं के कारण होता है। इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक ध्रुवीकरण के साथ, ध्रुवीकरण धारा को विस्थापन धारा I सेमी कहा जाता है, यह बहुत ही अल्पकालिक है और उपकरणों द्वारा रिकॉर्ड नहीं किया जाता है। विलंबित (विश्राम) प्रकार के ध्रुवीकरण से जुड़ी धाराओं को अवशोषण धाराएं I एब्स कहा जाता है। वी सामान्य मामलाढांकता हुआ में कुल धारा को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: I = I abs + I sk.pr। ध्रुवीकरण स्थापित करने के बाद, कुल धारा बराबर होगी: I = I sk.pr. यदि एक निरंतर क्षेत्र में वोल्टेज को चालू और बंद करने के समय ध्रुवीकरण धाराएं उत्पन्न होती हैं, और कुल धारा को समीकरण के अनुसार निर्धारित किया जाता है: I = I sk.pr, तो एक वैकल्पिक क्षेत्र में ध्रुवीकरण धाराएं इस समय उत्पन्न होती हैं वोल्टेज ध्रुवीयता उत्क्रमण। एक परिणाम के रूप में, एक वैकल्पिक क्षेत्र में ढांकता हुआ नुकसान महत्वपूर्ण हो सकता है, खासकर अगर लागू वोल्टेज की आधी अवधि ध्रुवीकरण स्थापित करने के समय के करीब पहुंचती है।

अंजीर में। 1 (ए) एक वैकल्पिक वोल्टेज सर्किट में एक ढांकता हुआ के साथ एक संधारित्र के बराबर एक सर्किट दिखाता है। इस सर्किट में, एक वास्तविक ढांकता हुआ कैपेसिटर, जिसमें नुकसान होता है, को एक आदर्श कैपेसिटर सी द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जिसमें एक सक्रिय प्रतिरोध आर समानांतर में जुड़ा होता है। 1 (बी) माना सर्किट के लिए धाराओं और वोल्टेज का एक वेक्टर आरेख दिखाता है, जहां यू सर्किट में वोल्टेज है; मैं एके - सक्रिय वर्तमान; मैं पी - प्रतिक्रियाशील धारा, जो चरण में सक्रिय घटक से 90 ° आगे है; मैं - कुल करंट। इस स्थिति में: I a = I R = U / R और I p = I C = ωCU, जहाँ प्रत्यावर्ती क्षेत्र की वृत्तीय आवृत्ति है।

चावल। 1. (ए) - आरेख; (बी) - धाराओं और वोल्टेज के वेक्टर आरेख

ढांकता हुआ नुकसान के कोण को कोण δ कहा जाता है, जो कैपेसिटिव सर्किट में वर्तमान I और वोल्टेज यू के बीच चरण बदलाव कोण φ को 90 डिग्री तक पूरक करता है। एक वैकल्पिक क्षेत्र में ढांकता हुआ नुकसान ढांकता हुआ नुकसान कोण के स्पर्शरेखा द्वारा विशेषता है: tan = I a / I p।

उच्च आवृत्ति डाइलेक्ट्रिक्स के लिए ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा के सीमित मूल्य (0.0001 - 0.0004), और कम आवृत्ति के लिए - (0.01 - 0.02) से अधिक नहीं होना चाहिए।

तापमान T और आवृत्ति . पर ε और tan की निर्भरता

सामग्री के ढांकता हुआ पैरामीटर बदलती डिग्रियांतापमान और आवृत्ति पर निर्भर करता है। एक बड़ी संख्या कीढांकता हुआ सामग्री इन कारकों पर सभी निर्भरता की विशेषताओं को कवर करने की अनुमति नहीं देती है।

इसलिए, अंजीर में। 2 (ए, बी) शो सामान्य रुझान, कुछ प्रमुख समूहों के लिए विशिष्ट अर्थात। तापमान टी (ए) और आवृत्ति ω (बी) पर ढांकता हुआ निरंतर की विशिष्ट निर्भरता को दिखाया गया है।

चावल। 2. एक अभिविन्यास विश्राम तंत्र की उपस्थिति में ढांकता हुआ स्थिरांक के वास्तविक (εʹ) और काल्पनिक (εʺ) भागों की आवृत्ति निर्भरता

जटिल ढांकता हुआ स्थिरांक।विश्राम प्रक्रियाओं की उपस्थिति में, ढांकता हुआ स्थिरांक को जटिल रूप में लिखना सुविधाजनक होता है। यदि डिबाई सूत्र ध्रुवीकरण के लिए मान्य है:

(3)

जहां, विश्राम का समय है, α 0 सांख्यिकीय ओरिएंटेशनल ध्रुवीकरण है। फिर, स्थानीय क्षेत्र को बाहरी क्षेत्र के बराबर मानते हुए, हम (सीजीएस में) प्राप्त करते हैं:

उत्पाद पर और εʺ निर्भरता के रेखांकन अंजीर में दिखाए गए हैं। 2. ध्यान दें कि (ε का वास्तविक भाग) में कमी अधिकतम (ε का काल्पनिक भाग) के निकट होती है।

आवृत्ति के साथ εʹ और εʺ की भिन्नता का ऐसा कोर्स के रूप में कार्य करता है बारंबार उदाहरणएक अधिक सामान्य परिणाम, जिसके अनुसार आवृत्ति पर εʹ (ω) आवृत्ति पर εʺ (ω) की निर्भरता पर भी जोर देता है। एसआई प्रणाली में, 4π को 1 / 0 से बदला जाना चाहिए।

एक लागू क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, एक गैर-ध्रुवीय ढांकता हुआ में अणु ध्रुवीकृत होते हैं, एक प्रेरित द्विध्रुवीय क्षण के साथ द्विध्रुव बन जाते हैं μ तथाक्षेत्र की ताकत के लिए आनुपातिक:

(5)

एक ध्रुवीय ढांकता हुआ में, सामान्य मामले में एक ध्रुवीय अणु μ का द्विध्रुवीय क्षण आंतरिक μ 0 और प्रेरित μ के वेक्टर योग के बराबर होता है तथाक्षण:

(6)

इन द्विध्रुवों द्वारा निर्मित क्षेत्र की शक्तियाँ द्विध्रुव आघूर्ण के समानुपाती तथा दूरी के घन के व्युत्क्रमानुपाती होती हैं।

गैर-ध्रुवीय सामग्रियों के लिए, आमतौर पर = 2 - 2.5 और 10 12 हर्ट्ज तक आवृत्ति पर निर्भर नहीं करता है। तापमान पर ε की निर्भरता इस तथ्य के कारण है कि जब यह बदलता है, तो ठोस के रैखिक आयाम और तरल और गैसीय डाइलेक्ट्रिक्स के आयतन बदल जाते हैं, जो अणुओं की संख्या n प्रति इकाई आयतन में परिवर्तन करते हैं।

और उनके बीच की दूरी। डाइलेक्ट्रिक्स के सिद्धांत से ज्ञात संबंधों का उपयोग करना एफ = एन \μ तथातथा एफ =ε 0 (ε - 1) इ,कहाँ पे एफ- गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के लिए सामग्री का ध्रुवीकरण हमारे पास है:

(7)

E = const के लिए भी μ तथा= स्थिरांक और ε में तापमान परिवर्तन केवल n में परिवर्तन के कारण होता है, जो कि है रैखिक प्रकार्यतापमान , निर्भरता ε = (Θ) भी रैखिक है। ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के लिए कोई विश्लेषणात्मक निर्भरता नहीं है, और आमतौर पर अनुभवजन्य का उपयोग किया जाता है।

1) बढ़ते तापमान के साथ, ढांकता हुआ का आयतन बढ़ता है और ढांकता हुआ स्थिरांक थोड़ा कम हो जाता है। गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के नरम होने और पिघलने की अवधि के दौरान ε में कमी विशेष रूप से ध्यान देने योग्य होती है, जब उनकी मात्रा में काफी वृद्धि होती है। कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की क्रांति की उच्च आवृत्ति के कारण (10 15-10 16 हर्ट्ज के क्रम में), इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण की एक संतुलन स्थिति स्थापित करने का समय बहुत कम है और गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स की पारगम्यता क्षेत्र पर निर्भर नहीं करती है आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली आवृत्ति रेंज में आवृत्ति (10 12 हर्ट्ज तक)।

2) तापमान में वृद्धि के साथ, व्यक्तिगत आयनों के बीच के बंधन कमजोर हो जाते हैं, जो बाहरी क्षेत्र की कार्रवाई के तहत उनकी बातचीत को सुविधाजनक बनाता है और इससे आयनिक ध्रुवीकरण और ढांकता हुआ निरंतर ε में वृद्धि होती है। आयनिक ध्रुवीकरण राज्य की स्थापना के लिए आवश्यक समय की कमी के कारण (10 13 हर्ट्ज के क्रम में, जो आयन कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति से मेल खाती है) क्रिस्टल लैटिस) सामान्य ऑपरेटिंग रेंज में बाहरी क्षेत्र की आवृत्ति में बदलाव का आयनिक सामग्री में ε के मूल्य पर व्यावहारिक रूप से कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

3) ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स का ढांकता हुआ स्थिरांक बाहरी क्षेत्र के तापमान और आवृत्ति पर दृढ़ता से निर्भर करता है। बढ़ते तापमान के साथ, कणों की गतिशीलता बढ़ जाती है और उनके बीच बातचीत की ऊर्जा कम हो जाती है, अर्थात। बाहरी क्षेत्र की कार्रवाई के तहत उनका अभिविन्यास आसान हो जाता है - द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण और ढांकता हुआ निरंतर वृद्धि। हालांकि, यह प्रक्रिया केवल एक निश्चित तापमान तक ही जारी रहती है। तापमान में और वृद्धि के साथ, पारगम्यता घट जाती है। चूंकि क्षेत्र की दिशा में द्विध्रुवों का उन्मुखीकरण प्रक्रिया में किया जाता है तापीय गतिऔर तापीय गति से, ध्रुवीकरण की स्थापना में समय लगता है। यह समय इतना लंबा है कि परिवर्तनशील क्षेत्रउच्च आवृत्ति वाले द्विध्रुवों के पास क्षेत्र के साथ-साथ स्वयं को उन्मुख करने का समय नहीं होता है, और पारगम्यता घट जाती है।

ढांकता हुआ निरंतर माप तकनीक

संधारित्र क्षमता। संधारित्रएक ढांकता हुआ द्वारा अलग किए गए दो कंडक्टरों (प्लेटों) की एक प्रणाली है, जिसकी मोटाई कंडक्टरों के रैखिक आयामों की तुलना में छोटी है। इसलिए, उदाहरण के लिए, दो सपाट धातु की प्लेटें, समानांतर में स्थित हैं और एक ढांकता हुआ परत से अलग होती हैं, एक संधारित्र (चित्र 3) बनाती हैं।

यदि एक समतल संधारित्र की प्लेटों को समान परिमाण के विपरीत चिन्ह के आवेश दिए जाते हैं, तो प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र की शक्ति एक प्लेट की क्षेत्र शक्ति से दोगुनी होगी:

(8)

जहां ε प्लेटों के बीच के स्थान को भरने वाले परावैद्युत का ढांकता हुआ स्थिरांक है।

चार्ज अनुपात द्वारा निर्धारित भौतिक मात्रा क्यूसंधारित्र प्लेटों में से एक संधारित्र प्लेटों के बीच संभावित अंतर को कहा जाता है संधारित्र की विद्युत क्षमता:

(9)

विद्युत क्षमता की इकाई एसआई - बिजली की एक विशेष नाप(एफ)। 1 एफ का एक संधारित्र ऐसे संधारित्र के पास होता है, जिसकी प्लेटों के बीच संभावित अंतर 1 वी के बराबर होता है जब प्लेटों को 1 सी: 1 एफ = 1 सी / 1 वी के विपरीत चार्ज के साथ आपूर्ति की जाती है।

एक फ्लैट संधारित्र की क्षमता।एक फ्लैट कैपेसिटर की विद्युत क्षमता की गणना करने का सूत्र अभिव्यक्ति (8) का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। दरअसल, क्षेत्र की ताकत है: इ= / 0 = क्यू / 0 एस, कहाँ पे एसप्लेट का क्षेत्रफल है। चूंकि क्षेत्र एक समान है, संधारित्र प्लेटों के बीच संभावित अंतर है: 1 - φ 2 = ईडी = क्यूडी/εε 0 एस, कहाँ पे डीप्लेटों के बीच की दूरी है। सूत्र (9) में प्रतिस्थापित करने पर, हम एक समतल संधारित्र की विद्युत क्षमता के लिए व्यंजक प्राप्त करते हैं:

(10)

कहाँ पे ε 0 - हवा का ढांकता हुआ स्थिरांक; एस- संधारित्र प्लेट का क्षेत्रफल, एस = एचएल, कहाँ पे एच- प्लेट की चौड़ाई, मैं- इसकी लंबाई; डी- संधारित्र की प्लेटों के बीच की दूरी।

व्यंजक (10) से पता चलता है कि संधारित्र की विद्युत क्षमता को क्षेत्रफल बढ़ाकर बढ़ाया जा सकता है एसइसकी प्लेटें, दूरी कम कर रही हैं डीउनके बीच और डाइलेक्ट्रिक्स के उपयोग के साथ बड़े मूल्यढांकता हुआ स्थिरांक .

चावल। 3. संधारित्र जिसमें एक ढांकता हुआ रखा गया है

यदि संधारित्र की प्लेटों के बीच एक ढांकता हुआ प्लेट रखा जाता है, तो संधारित्र की धारिता बदल जाएगी। संधारित्र की प्लेटों के बीच ढांकता हुआ प्लेट के स्थान पर विचार किया जाना चाहिए।

आइए निरूपित करें: डीग - हवा की खाई की मोटाई, डीमी - ढांकता हुआ प्लेट की मोटाई, मैंबी कंडेनसर के वायु भाग की लंबाई है, मैं m एक ढांकता हुआ से भरे संधारित्र के भाग की लंबाई है, m सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक है। ध्यान में रख कर एल = एलमें + मैंमी और डी = डीमें + डीमी, तो इन विकल्पों पर मामलों के लिए विचार किया जा सकता है:

कब मैंबी = 0, डीपर = 0 हमारे पास एक ठोस ढांकता हुआ संधारित्र है:

(11)

मैक्सवेल के समीकरणों के आधार पर शास्त्रीय मैक्रोस्कोपिक इलेक्ट्रोडायनामिक्स के समीकरणों से, यह निम्नानुसार है कि जब एक ढांकता हुआ एक कमजोर वैकल्पिक क्षेत्र में रखा जाता है जो आवृत्ति ω के साथ हार्मोनिक रूप से बदलता है, तो जटिल ढांकता हुआ निरंतर टेंसर रूप लेता है:

(12)

जहां पदार्थ की ऑप्टिकल चालकता है, εʹ ढांकता हुआ के ध्रुवीकरण से जुड़े पदार्थ का ढांकता हुआ स्थिरांक है। व्यंजक (12) को घटाकर किया जा सकता है निम्नलिखित प्रकार:

(13)

जहां काल्पनिक शब्द ढांकता हुआ नुकसान के लिए जिम्मेदार है।

व्यवहार में, सी को मापा जाता है - एक फ्लैट संधारित्र के रूप में एक नमूने की समाई। यह संधारित्र ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा द्वारा विशेषता है:

टीजीδ = सीआर सी (14)

या गुणवत्ता कारक:

क्यू सी = 1 / टीजीδ (15)

जहां आर सी - प्रतिरोध, मुख्य रूप से ढांकता हुआ नुकसान पर निर्भर करता है। इन विशेषताओं को मापने के लिए कई विधियाँ हैं: विभिन्न पुल विधियाँ, मापे गए पैरामीटर को समय अंतराल में बदलने के साथ माप, आदि। ...

इस काम में कैपेसिटेंस सी और डाइइलेक्ट्रिक लॉस टेंगेंट डी = टीजीδ को मापते समय, हमने गुड विल इंस्ट्रूमेंट कंपनी लिमिटेड द्वारा विकसित तकनीक का इस्तेमाल किया। माप एक सटीक इमिटेंस मीटर - LCR-819-RLC पर किए गए थे। डिवाइस आपको 20 pF - 2.083 mF की सीमा में समाई मापने की अनुमति देता है, 0.0001-9999 की सीमा में हानि स्पर्शरेखा और एक विस्थापन क्षेत्र लागू करता है। आंतरिक ऑफसेट 2 वी तक, बाहरी ऑफसेट 30 वी तक। माप सटीकता 0.05% है। टेस्ट सिग्नल फ्रीक्वेंसी 12 हर्ट्ज -100 किलोहर्ट्ज़।

इस कार्य में, 77 K . के तापमान रेंज में 1 kHz की आवृत्ति पर माप किए गए थे< T < 270 К в нулевом магнитном поле и в поле 5 kOe. Образцы для измерений имели форму параллелепипеда с размерами 2*3*4 мм (х=0.1), где d = 2 мм – толщина образца, площадь грани S = 3*4 мм 2 .

तापमान पर निर्भरता प्राप्त करने के लिए, नमूने के साथ सेल को हीट एक्सचेंजर के माध्यम से पारित शीतलक (नाइट्रोजन) प्रवाह में रखा जाता है, जिसका तापमान हीटर द्वारा निर्धारित किया जाता है। हीटर का तापमान थर्मोस्टेट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। प्रतिपुष्टितापमान मीटर से थर्मोस्टैट तक आपको तापमान माप की दर निर्धारित करने, या इसे स्थिर करने की अनुमति मिलती है। तापमान को नियंत्रित करने के लिए थर्मोकपल का उपयोग किया जाता है। इस कार्य में तापमान 1 डिग्री/मिनट की दर से बदला गया। यह विधि आपको 0.1 डिग्री की त्रुटि के साथ तापमान मापने की अनुमति देती है।

उस पर तय किए गए नमूने के साथ मापने वाला सेल फ्लो-थ्रू क्रायोस्टेट में रखा गया है। सेल को क्रायोस्टेट कैप में कनेक्टर के माध्यम से परिरक्षित तारों द्वारा LCR मीटर से जोड़ा जाता है। क्रायोस्टेट को FL-1 इलेक्ट्रोमैग्नेट के ध्रुवों के बीच रखा गया है। चुंबक बिजली आपूर्ति इकाई 15 kOe तक चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने की अनुमति देती है। तनाव के परिमाण को मापने के लिए चुंबकीय क्षेत्रएच एक इलेक्ट्रॉनिक इकाई के साथ एक थर्मली स्थिर हॉल सेंसर का उपयोग करता है। चुंबकीय क्षेत्र को स्थिर करने के लिए, बिजली की आपूर्ति और चुंबकीय क्षेत्र मीटर के बीच एक प्रतिक्रिया होती है।

कैपेसिटेंस सी के मापा मूल्य और हानि कोण डी = तन के स्पर्शक निम्नलिखित संबंधों द्वारा मांगी गई भौतिक मात्रा εʹ और के मूल्यों से संबंधित हैं:

(16)

(17)

№	सी (पीएफ)	पुन (ε ')	टी (डिग्री सेल्सियस)	टीजी	क्यू सी	मैं (ε ")	(हर्ट्ज)	σ (ω)
	3,805	71,66		0,075	13,33	5,375	10 3
	3,838			0,093
	3,86			0,088
	3,849			0,094
	3,893			0,106
	3,917			0,092
	3,951			0,103
	3,824			0,088
	3,873			0,105
	3,907			0,108
	3,977			0,102
	4,031			0,105
	4,062			0,132
	4,144			0,109
	4,24			0,136
	4,435			0,175
	4,553			0,197
	4,698			0,233
	4,868			0,292
	4,973			0,361
	5,056			0,417
	5,164			0,491
	5,246			0,552
	5,362			0,624
	5,453			0,703
	5,556			0,783
	5,637			0,867
	5,738			0,955
	5,826			1,04
	5,902			1,136

तालिका नंबर एक। जीडी एक्स एमएन 1-एक्स एस, (एक्स = 0.1)।

ढांकता हुआ स्थिरांक

ध्रुवीकरण की घटना को ढांकता हुआ स्थिरांक के मूल्य से आंका जाता है। पैरामीटर ε, जो एक समाई बनाने के लिए सामग्री की क्षमता को दर्शाता है, सापेक्ष पारगम्यता कहा जाता है।

"रिश्तेदार" शब्द आमतौर पर छोड़ा जाता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि इलेक्ट्रोड के साथ इन्सुलेशन अनुभाग की विद्युत क्षमता, अर्थात। संधारित्र ज्यामितीय आयामों, इलेक्ट्रोड के विन्यास और सामग्री की संरचना पर निर्भर करता है जो इस संधारित्र के ढांकता हुआ बनाता है।

निर्वात में ε = 1 और कोई भी ढांकता हुआ हमेशा 1 से बड़ा होता है। यदि C0 - em-

हड्डी, जिसमें प्लेटों के बीच एक निर्वात, मनमाना आकार और आकार का होता है, और सी एक ही आकार और आकार के संधारित्र की समाई है, लेकिन एक ढांकता हुआ स्थिरांक ε के साथ एक ढांकता हुआ से भरा होता है, फिर

C0 के माध्यम से विद्युत स्थिरांक (F / m) को के बराबर निरूपित करना

सी0 = 8.854.10-12,

निरपेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक खोजें

ε’ = ε0 .ε.

आइए कुछ प्रकार के डाइलेक्ट्रिक्स के लिए कैपेसिटेंस मान निर्धारित करें।

फ्लैट कैपेसिटर के लिए

= ε0 एस / एच = 8.854 1О-12 एस / एच।

जहां एस इलेक्ट्रोड का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र है, एम 2;

एच इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी है, मी।

व्यावहारिक मूल्यढांकता हुआ स्थिरांक बहुत अधिक है। यह न केवल क्षमता बनाने के लिए सामग्री की क्षमता को निर्धारित करता है, बल्कि कई बुनियादी समीकरणों में भी प्रवेश करता है जो कि शारीरिक प्रक्रियाएंढांकता हुआ में बह रहा है।

गैसों का ढांकता हुआ स्थिरांक, उनके कम घनत्व (अणुओं के बीच बड़ी दूरी के कारण) के कारण, महत्वहीन और एकता के करीब है। आमतौर पर गैस ध्रुवीकरण इलेक्ट्रॉनिक या द्विध्रुवीय होता है यदि अणु ध्रुवीय होते हैं। गैस का जितना अधिक होता है, अणु की त्रिज्या उतनी ही अधिक होती है। तापमान और दबाव में परिवर्तन के साथ गैस (एन) की प्रति इकाई मात्रा में गैस अणुओं की संख्या में परिवर्तन गैस के ढांकता हुआ स्थिरांक में परिवर्तन का कारण बनता है। अणुओं की संख्या N दबाव के समानुपाती और निरपेक्ष तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

आर्द्रता में परिवर्तन के साथ, हवा का ढांकता हुआ स्थिरांक आर्द्रता में परिवर्तन के सीधे अनुपात में थोड़ा बदल जाता है (at .) कमरे का तापमान) ऊंचे तापमान पर, आर्द्रता का प्रभाव काफी बढ़ जाता है। ढांकता हुआ स्थिरांक की तापमान निर्भरता अभिव्यक्ति द्वारा विशेषता है

टी के = 1 / (डीε / डीटी)।

इस अभिव्यक्ति का उपयोग करके, आप ढांकता हुआ स्थिरांक में सापेक्ष परिवर्तन की गणना कर सकते हैं जब तापमान 1 0 K से बदलता है - ढांकता हुआ स्थिरांक का तथाकथित तापमान गुणांक TK।

एक गैर-ध्रुवीय गैस का टीसी मान सूत्र द्वारा पाया जाता है

टी के = (ε -1) / डीटी।

जहां टी तापमान है। प्रति।

द्रवों का परावैद्युत नियतांक उनकी संरचना पर अत्यधिक निर्भर होता है। गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थों के ε मान छोटे होते हैं और प्रकाश n 2 के अपवर्तनांक के वर्ग के करीब होते हैं। ध्रुवीय तरल पदार्थों का ढांकता हुआ स्थिरांक, जो तकनीकी डाइलेक्ट्रिक्स के रूप में उपयोग किया जाता है, 3.5 से 5 तक होता है, जो कि काफी अधिक है। गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थों की तुलना में।

इस प्रकार, द्विध्रुवीय अणुओं वाले तरल पदार्थों का ध्रुवीकरण एक साथ इलेक्ट्रॉन और द्विध्रुवीय विश्राम ध्रुवीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है।

प्रबल ध्रुवीय द्रवों को उनकी उच्च चालकता के कारण उच्च मान की विशेषता होती है। द्विध्रुवीय तरल पदार्थों में ε की तापमान निर्भरता तटस्थ तरल पदार्थों की तुलना में अधिक जटिल होती है।

इसलिए, क्लोरीनयुक्त बाइफिनाइल (सवोल) के लिए 50 हर्ट्ज की आवृत्ति पर तरल की चिपचिपाहट में तेज गिरावट के कारण तेजी से बढ़ता है, और द्विध्रुवीय

तापमान में परिवर्तन के बाद अणुओं के पास खुद को उन्मुख करने का समय होता है।

में कमी अणुओं की ऊष्मीय गति के तीव्र होने के कारण होती है, जो विद्युत क्षेत्र की दिशा में उनके अभिविन्यास को रोकता है।

ध्रुवीकरण के प्रकार के अनुसार डाइलेक्ट्रिक्स को चार समूहों में बांटा गया है:

पहला समूह - एकल-संरचना, सजातीय, बिना एडिटिव्स के शुद्ध, डाइलेक्ट्रिक्स, जिसमें मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण या आयनों की करीबी पैकिंग होती है। इनमें क्रिस्टलीय या अनाकार अवस्था में गैर-ध्रुवीय और कमजोर ध्रुवीय ठोस डाइलेक्ट्रिक्स, साथ ही गैर-ध्रुवीय और कमजोर ध्रुवीय तरल पदार्थ और गैसें शामिल हैं।

दूसरा समूह - इलेक्ट्रॉनिक, आयनिक और साथ ही द्विध्रुवीय छूट ध्रुवीकरण के साथ तकनीकी डाइलेक्ट्रिक्स। इनमें ध्रुवीय (द्विध्रुवीय) कार्बनिक अर्ध-तरल पदार्थ और ठोस, जैसे तेल रसिन यौगिक, सेल्युलोज, एपॉक्सी रेजिन और इन पदार्थों से बने कंपोजिट शामिल हैं।

तीसरा समूह - आयनिक और . के साथ तकनीकी डाइलेक्ट्रिक्स इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण; इलेक्ट्रॉनिक, आयनिक विश्राम ध्रुवीकरण वाले डाइलेक्ट्रिक्स को दो उपसमूहों में विभाजित किया गया है। पहले उपसमूह में मुख्य रूप से शामिल हैं क्रिस्टलीय पदार्थआयनों की करीबी पैकिंग के साथ< 3,0.

दूसरे उपसमूह में अकार्बनिक ग्लास और ग्लासी चरण वाली सामग्री, साथ ही ढीले आयन पैकिंग वाले क्रिस्टलीय पदार्थ शामिल हैं।

चौथे समूह में सहज, इलेक्ट्रॉनिक, आयनिक, इलेक्ट्रॉन-आयनिक विश्राम ध्रुवीकरण के साथ-साथ समग्र, जटिल और स्तरित सामग्री के लिए प्रवास या उच्च वोल्टेज ध्रुवीकरण के साथ फेरोइलेक्ट्रिक्स शामिल हैं।

4. विद्युत इन्सुलेट सामग्री के ढांकता हुआ नुकसान। ढांकता हुआ नुकसान के प्रकार।

ढांकता हुआ नुकसान एक ढांकता हुआ में एक विद्युत क्षेत्र लागू होने पर और ढांकता हुआ गर्म होने का कारण बनने वाली शक्ति है।

डाइलेक्ट्रिक्स में नुकसान दोनों वैकल्पिक वोल्टेज और निरंतर वोल्टेज पर देखे जाते हैं, क्योंकि सामग्री में प्रवाहकत्त्व के कारण वर्तमान में पाया जाता है। निरंतर वोल्टेज पर, जब कोई आवधिक ध्रुवीकरण नहीं होता है, तो सामग्री की गुणवत्ता की विशेषता होती है, जैसा कि ऊपर बताया गया है, विशिष्ट मात्रा और सतह प्रतिरोध के मूल्यों द्वारा। वैकल्पिक वोल्टेज के साथ, सामग्री की गुणवत्ता की कुछ अन्य विशेषताओं का उपयोग करना आवश्यक है, क्योंकि इस मामले में, वर्तमान के अलावा, अतिरिक्त कारण उत्पन्न होते हैं जो ढांकता हुआ में नुकसान का कारण बनते हैं।

एक विद्युत इन्सुलेट सामग्री में ढांकता हुआ नुकसान प्रति यूनिट मात्रा, या विशिष्ट नुकसान की शक्ति के विलुप्त होने की विशेषता हो सकती है; अधिक बार, एक विद्युत क्षेत्र में शक्ति को नष्ट करने के लिए एक ढांकता हुआ की क्षमता का आकलन करने के लिए, वे ढांकता हुआ नुकसान के कोण के साथ-साथ इस कोण के स्पर्शरेखा का उपयोग करते हैं।

चावल। 3-1. नुकसान के बिना एक रैखिक ढांकता हुआ के लिए चार्ज बनाम वोल्टेज (ए), नुकसान के साथ (बी)

ढांकता हुआ नुकसान का कोण वह कोण है जो एक कैपेसिटिव सर्किट में वर्तमान और वोल्टेज के बीच चरण बदलाव कोण को 90 ° तक पूरक करता है। एक आदर्श ढांकता हुआ के लिए, ऐसे सर्किट में वर्तमान वेक्टर वोल्टेज वेक्टर को 90 ° आगे बढ़ा देगा, जबकि ढांकता हुआ नुकसान कोण शून्य होगा। ढांकता हुआ में जितनी अधिक शक्ति का क्षय होता है, जो गर्मी में बदल जाता है, चरण शिफ्ट कोण जितना छोटा होता है और कोण और उसका कार्य tg जितना बड़ा होता है।

प्रत्यावर्ती धाराओं के सिद्धांत से ज्ञात होता है कि सक्रिय शक्ति

पा = यूआई कॉस (3-1)

आइए हम श्रृंखला और समानांतर सर्किट के लिए धारिता Cs और Cp और कोण के संदर्भ में व्यक्त करें, जो कि 90 ° तक के कोण का पूरक है।

एक अनुक्रमिक सर्किट के लिए, व्यंजक (3-1) और संबंधित वेक्टर आरेख का उपयोग करते हुए, हमारे पास है

पी ए = (3-2)

टीजी = सी एस आर एस (3-3)

समानांतर सर्किट के लिए

पी ए = यूआई ए = यू 2 सी पी टीजी (3-4)

टीजी = (3-5)

समीकरण (3-2) और (3-4), साथ ही (3-3) और (3-5), हम p और Cs के बीच और rp और rs के बीच संबंध पाते हैं

सी पी = सी एस / 1 + टीजी 2 (3-6)

आर पी = आर एस (1+ 1 / टीजी 2 ) (3-7)

उच्च-गुणवत्ता वाले डाइलेक्ट्रिक्स के लिए, सूत्र (3-8) में एकता की तुलना में tan2 के मूल्य की उपेक्षा की जा सकती है और Cp Cs C पर विचार किया जा सकता है। इस मामले में, ढांकता हुआ में शक्ति के लिए अभिव्यक्तियाँ समान होंगी दोनों सर्किट:

पी ए यू 2 सी टीजी (3-8)

जहां रा सक्रिय शक्ति है, डब्ल्यू; यू - वोल्टेज, वी; - कोणीय आवृत्ति, s-1; सी - क्षमता, एफ।

प्रतिरोध rр in समानांतर सर्किट, जैसा कि अभिव्यक्ति (3-7) से है, प्रतिरोध rs से कई गुना अधिक है। विशिष्ट ढांकता हुआ नुकसान के लिए अभिव्यक्ति, अर्थात, ढांकता हुआ की प्रति इकाई मात्रा में शक्ति का प्रसार होता है:

(3-9)

जहां पी - विशिष्ट नुकसान, डब्ल्यू / एम 3; = 2 - कोणीय आवृत्ति, s-1, E - विद्युत क्षेत्र की शक्ति, V / m।

वास्तव में, 1 मीटर भुजा वाले घन की सम्मुख भुजाओं के बीच की धारिता होगी

C1 = 0 r, प्रतिक्रियाशील चालकता

(3-10)

एक सक्रिय घटक

एक निश्चित आवृत्ति पर किसी विधि द्वारा निर्धारित ढांकता हुआ (सीपी और आरपी या सीएस और आरएस) के समतुल्य सर्किट के मापदंडों को निर्धारित करने के बाद, सामान्य स्थिति में, समाई और प्रतिरोध के प्राप्त मूल्यों को इस संधारित्र में निहित नहीं माना जा सकता है। और एक अलग आवृत्ति पर हानि कोण की गणना करने के लिए इन आंकड़ों का उपयोग करें। ऐसी गणना तभी की जा सकती है जब बराबर सर्किटएक निश्चित भौतिक आधार है। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि यह किसी दिए गए ढांकता हुआ के लिए जाना जाता है कि इसमें नुकसान केवल एक विस्तृत आवृत्ति रेंज में विद्युत चालकता के माध्यम से होने वाले नुकसान से निर्धारित होता है, तो ऐसे ढांकता हुआ वाले संधारित्र के हानि कोण की गणना किसी भी आवृत्ति के लिए की जा सकती है इस रेंज में

टीजी = 1 / सीआरपी (3-12)

जहां सी और आरपी दी गई आवृत्ति पर मापा गया निरंतर समाई और प्रतिरोध है।

ऐसे संधारित्र में नुकसान, जैसा कि देखना आसान है, आवृत्ति पर निर्भर नहीं करता है:

पा = U2 / आरपी (3-13)

इसके विपरीत, यदि संधारित्र में नुकसान मुख्य रूप से लीड तारों के प्रतिरोध के साथ-साथ स्वयं इलेक्ट्रोड के प्रतिरोध (उदाहरण के लिए, चांदी की एक पतली परत) के कारण होता है, तो ऐसे संधारित्र में शक्ति समाप्त हो जाएगी आवृत्ति के वर्ग के अनुपात में वृद्धि:

Pa = U2 C tg = U2 C करोड़ = U2 2C2rs (3-14)

से अंतिम अभिव्यक्तिएक बहुत ही महत्वपूर्ण व्यावहारिक निष्कर्ष निकाला जा सकता है: उच्च आवृत्ति पर संचालन के लिए इच्छित कैपेसिटर में इलेक्ट्रोड और कनेक्टिंग तारों और संक्रमण संपर्कों दोनों का प्रतिरोध जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए।

ढांकता हुआ नुकसान, उनकी विशेषताओं और भौतिक प्रकृति के अनुसार, चार मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है:

1) ध्रुवीकरण के कारण ढांकता हुआ नुकसान;

2) विद्युत चालकता के कारण ढांकता हुआ नुकसान;

आयनीकरण ढांकता हुआ नुकसान;

संरचना की विषमता के कारण ढांकता हुआ नुकसान।

ध्रुवीकरण के कारण ढांकता हुआ नुकसान विशेष रूप से विश्राम ध्रुवीकरण वाले पदार्थों में स्पष्ट रूप से देखा जाता है: एक द्विध्रुवीय संरचना के डाइलेक्ट्रिक्स में और आयनों की एक ढीली पैकिंग के साथ एक आयनिक संरचना के डाइलेक्ट्रिक्स में।

विद्युत क्षेत्र बलों के प्रभाव में कणों की तापीय गति के उल्लंघन के कारण विश्राम ढांकता हुआ नुकसान होता है।

फेरोइलेक्ट्रिक्स में देखे गए ढांकता हुआ नुकसान सहज ध्रुवीकरण की घटना से जुड़े हैं। इसलिए, जब सहज ध्रुवीकरण देखा जाता है, तो क्यूरी बिंदु से नीचे के तापमान पर फेरोइलेक्ट्रिक्स में नुकसान महत्वपूर्ण होता है। क्यूरी बिंदु से ऊपर के तापमान पर, फेरोइलेक्ट्रिक्स में नुकसान कम हो जाता है। समय के साथ फेरोइलेक्ट्रिक की विद्युत उम्र बढ़ने के साथ-साथ नुकसान में थोड़ी कमी आती है।

ध्रुवीकरण के कारण ढांकता हुआ नुकसान में तथाकथित अनुनाद नुकसान भी शामिल हैं, जो उच्च आवृत्तियों पर डाइलेक्ट्रिक्स में खुद को प्रकट करते हैं। इस प्रकार की हानि को कुछ गैसों में कड़ाई से परिभाषित आवृत्ति पर विशेष स्पष्टता के साथ देखा जाता है और विद्युत क्षेत्र की ऊर्जा के गहन अवशोषण में व्यक्त किया जाता है।

यदि विद्युत क्षेत्र के कारण होने वाले मजबूर कंपन की आवृत्ति ठोस के कणों के प्राकृतिक कंपन की आवृत्ति के साथ मेल खाती है, तो ठोस पदार्थों में गुंजयमान नुकसान भी संभव है। तन की आवृत्ति निर्भरता में अधिकतम की उपस्थिति भी गुंजयमान हानि तंत्र की विशेषता है, हालांकि, में इस मामले मेंतापमान अधिकतम की स्थिति को प्रभावित नहीं करता है।

विद्युत चालकता के कारण ढांकता हुआ नुकसान ध्यान देने योग्य थोक या सतह चालकता के साथ डाइलेक्ट्रिक्स में पाए जाते हैं।

इस मामले में ढांकता हुआ नुकसान कोण के स्पर्शरेखा की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है

इस प्रकार के ढांकता हुआ नुकसान क्षेत्र की आवृत्ति पर निर्भर नहीं करते हैं; अतिपरवलयिक नियम के अनुसार आवृत्ति के साथ tg घटता है।

विद्युत चालकता के कारण ढांकता हुआ नुकसान तापमान के साथ तेजी से बढ़ता है

पैट = एएक्सपी (-बी / टी) (3-16)

जहां ए, बी भौतिक स्थिरांक हैं। सूत्र (3-16) को मोटे तौर पर निम्नानुसार लिखा जा सकता है:

पैट = Pa0exp (टी) (3-17)

जहां PaT - तापमान t, ° पर नुकसान; Pa0 - 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर नुकसान; - निरंतर सामग्री।

तापमान परिवर्तन के आधार पर ढांकता हुआ नुकसान की स्पर्शरेखा उसी कानून के अनुसार होती है जिसका उपयोग पा की तापमान निर्भरता को अनुमानित करने के लिए किया जाता था, क्योंकि समाई में तापमान परिवर्तन की उपेक्षा की जा सकती है।

आयनीकरण ढांकता हुआ नुकसान डाइलेक्ट्रिक्स में निहित है और गैसीय अवस्था; किसी दिए गए गैस के आयनीकरण की शुरुआत के अनुरूप मूल्य से अधिक तीव्रता पर अमानवीय विद्युत क्षेत्रों में आयनीकरण हानि प्रकट होती है। आयनीकरण हानियों की गणना सूत्र द्वारा की जा सकती है

पा. यू = ए1एफ (यू-यूआई) 3 (3-18)

जहाँ A1 एक स्थिर गुणांक है; f क्षेत्र आवृत्ति है; यू लागू वोल्टेज है; यूआई आयनीकरण की शुरुआत के अनुरूप वोल्टेज है।

फॉर्मूला (3-18) यू> यूआई पर मान्य है और ई पर टैन की रैखिक निर्भरता है। आयनीकरण वोल्टेज यूआई उस दबाव पर निर्भर करता है जिस पर गैस स्थित है, क्योंकि अणुओं के प्रभाव आयनीकरण का विकास माध्य मुक्त से जुड़ा हुआ है। प्रभारी वाहक का मार्ग।

संरचनात्मक विषमता के कारण ढांकता हुआ नुकसान स्तरित डाइलेक्ट्रिक्स में देखा जाता है, गर्भवती कागज और कपड़े से बना होता है, प्लास्टिक में एक भराव के साथ, माइक्रोनाइट्स, माइलेक्स, आदि में झरझरा सिरेमिक में।

अमानवीय डाइलेक्ट्रिक्स की संरचना की विविधता और उनके घटकों की विशेषताओं के कारण, इस प्रकार के ढांकता हुआ नुकसान की गणना के लिए कोई सामान्य सूत्र नहीं है।

पारद्युतिक́ भेद्यता́ क्षमतापर्यावरण - एक भौतिक मात्रा जो एक इन्सुलेट (ढांकता हुआ) माध्यम के गुणों को दर्शाती है और विद्युत क्षेत्र की ताकत पर विद्युत प्रेरण की निर्भरता दिखाती है।

यह एक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत डाइलेक्ट्रिक्स के ध्रुवीकरण के प्रभाव से निर्धारित होता है (और इस प्रभाव को दर्शाने वाले माध्यम की ढांकता हुआ संवेदनशीलता के मूल्य के साथ)।

सापेक्ष और निरपेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक के बीच भेद।

आपेक्षिक पारगम्यता आयामहीन है और यह दर्शाती है कि एक माध्यम में दो विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया का बल निर्वात की तुलना में कितनी बार कम होता है। सामान्य परिस्थितियों में हवा और अधिकांश अन्य गैसों के लिए यह मान एकता के करीब है (उनके कम घनत्व के कारण)। अधिकांश ठोस या तरल डाइलेक्ट्रिक्स के लिए, सापेक्ष पारगम्यता 2 से 8 (स्थिर क्षेत्र के लिए) तक होती है। एक स्थिर क्षेत्र में पानी का ढांकता हुआ स्थिरांक काफी अधिक होता है - लगभग 80। इसका मान अणुओं वाले पदार्थों के लिए बहुत अच्छा होता है जिनमें एक बड़ा विद्युत द्विध्रुवीय क्षण होता है। फेरोइलेक्ट्रिक्स का सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक दसियों और सैकड़ों हजारों है।

विदेशी साहित्य में निरपेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है, घरेलू में संयोजन का उपयोग मुख्य रूप से किया जाता है, जहां विद्युत स्थिरांक होता है। निरपेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक का उपयोग केवल अंतर्राष्ट्रीय इकाइयों की प्रणाली (SI) में किया जाता है, जिसमें प्रेरण और विद्युत क्षेत्र की ताकत को विभिन्न इकाइयों में मापा जाता है। सीजीएस प्रणाली में, एक पूर्ण ढांकता हुआ स्थिरांक लगाने की कोई आवश्यकता नहीं है। पूर्ण ढांकता हुआ स्थिरांक (विद्युत स्थिरांक की तरह) का आयाम एल -3 एम -1 टी 4 आई² है। इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (एसआई) की इकाइयों में: = एफ / एम।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ढांकता हुआ स्थिरांक आवृत्ति पर अत्यधिक निर्भर है विद्युत चुम्बकीय... इसे हमेशा ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि हैंडबुक की तालिकाओं में आमतौर पर एक स्थिर क्षेत्र या कम आवृत्तियों के लिए कई kHz इकाइयों तक डेटा निर्दिष्ट किए बिना होता है। इस तथ्य... इसी समय, इलिप्सोमीटर और रेफ्रेक्टोमीटर का उपयोग करके अपवर्तक सूचकांक से सापेक्ष पारगम्यता प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल विधियां हैं। ऑप्टिकल विधि (आवृत्ति 10 14 हर्ट्ज) द्वारा प्राप्त मूल्य तालिकाओं में डेटा से काफी भिन्न होगा।

उदाहरण के लिए, पानी के मामले पर विचार करें। एक स्थिर क्षेत्र (आवृत्ति शून्य है) के मामले में, सामान्य परिस्थितियों में सापेक्ष पारगम्यता लगभग 80 है। अवरक्त आवृत्तियों तक यही स्थिति है। लगभग 2 GHz . से ε आरगिरना शुरू हो जाता है। ऑप्टिकल रेंज में ε आरलगभग 1.8 है। यह इस तथ्य से काफी सुसंगत है कि ऑप्टिकल रेंज में पानी का अपवर्तनांक 1.33 है। एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज में, जिसे ऑप्टिकल कहा जाता है, ढांकता हुआ अवशोषण शून्य हो जाता है, जो वास्तव में एक व्यक्ति को दृष्टि की व्यवस्था प्रदान करता है [ स्रोत निर्दिष्ट नहीं है 1252 दिन] पृथ्वी के वायुमंडल में जल वाष्प से संतृप्त है। साथ आगे की वृद्धिमाध्यम के गुणों की बारंबारता फिर से बदल जाती है। 0 से 10 12 (इन्फ्रारेड) की आवृत्ति रेंज में पानी की सापेक्ष पारगम्यता का व्यवहार (इंग्लैंड) में पढ़ा जा सकता है।

डाइलेक्ट्रिक्स का ढांकता हुआ स्थिरांक विद्युत कैपेसिटर के डिजाइन में मुख्य मापदंडों में से एक है। उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाली सामग्रियों का उपयोग कैपेसिटर के भौतिक आयामों को काफी कम कर सकता है।

कैपेसिटर की धारिता निम्न द्वारा निर्धारित की जाती है:

कहाँ पे ε आर- प्लेटों के बीच पदार्थ का ढांकता हुआ स्थिरांक, ε हे- विद्युत स्थिरांक, एस- संधारित्र प्लेटों का क्षेत्रफल, डीप्लेटों के बीच की दूरी है।

मुद्रित सर्किट बोर्डों को डिजाइन करते समय ढांकता हुआ स्थिरांक को ध्यान में रखा जाता है। परतों के बीच पदार्थ के ढांकता हुआ स्थिरांक का मूल्य, इसकी मोटाई के साथ संयोजन में, बिजली आपूर्ति परतों के प्राकृतिक स्थैतिक समाई के मूल्य को प्रभावित करता है, और बोर्ड पर कंडक्टरों की विशेषता प्रतिबाधा को भी महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

विशिष्ट प्रतिरोध विद्युत, भौतिक मात्रा विद्युत प्रतिरोध के बराबर ( सेमी। विद्युतीय प्रतिरोध) इकाई लंबाई (l = 1m) और इकाई क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र (S = 1m 2) के बेलनाकार कंडक्टर का R .. r = R S / l। शी में प्रतिरोधकता की इकाई ओम है। मी. प्रतिरोधकता को ओम में भी व्यक्त किया जा सकता है। देखें प्रतिरोधकता उस सामग्री की विशेषता है जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है, और उस सामग्री पर निर्भर करती है जिससे इसे बनाया जाता है। r = 1 ओम के बराबर विशिष्ट प्रतिरोध। मी का अर्थ है कि से बना एक बेलनाकार कंडक्टर इस सामग्री के, लंबाई एल = 1 मीटर और एक क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के साथ एस = 1 मीटर 2 का प्रतिरोध आर = 1 ओम है। मी. धातुओं की प्रतिरोधकता का मान ( सेमी। धातुओं), कौन से अच्छे मार्गदर्शक (सेमी। कंडक्टर), 10 - 8 - 10 - 6 ओम के क्रम के मान हो सकते हैं। मी (उदाहरण के लिए, तांबा, चांदी, लोहा, आदि)। कुछ ठोस डाइलेक्ट्रिक्स की प्रतिरोधकता ( सेमी। पारद्युतिक) 10 16 -10 18 ओम (उदाहरण के लिए, क्वार्ट्ज ग्लास, पॉलीइथाइलीन, इलेक्ट्रोपोर्सिलेन, आदि) के मान तक पहुंच सकता है। कई सामग्रियों की प्रतिरोधकता (विशेषकर अर्धचालक सामग्री ( सेमी। सेमीकंडक्टर सामग्री)) महत्वपूर्ण रूप से उनकी शुद्धि की डिग्री, मिश्र धातु योजक की उपस्थिति, थर्मल और यांत्रिक उपचार आदि पर निर्भर करता है। सेमी। सीमेंस (चालकता की इकाई)) प्रति मीटर एस / एम। विद्युत प्रतिरोधकता (चालकता) एक आइसोट्रोपिक पदार्थ के लिए एक अदिश राशि है; और टेंसर - अनिसोट्रोपिक पदार्थ के लिए। अनिसोट्रोपिक एकल क्रिस्टल में, विद्युत चालकता की अनिसोट्रॉपी व्युत्क्रम प्रभावी द्रव्यमान की अनिसोट्रॉपी का परिणाम है ( सेमी। प्रभावी द्रव्यमान) इलेक्ट्रॉन और छिद्र।

1-6. इन्सुलेशन की विद्युत चालकता

जब एक केबल या तार के इन्सुलेशन को एक स्थिर वोल्टेज यू पर चालू किया जाता है, तो एक करंट I इससे होकर गुजरता है, जो समय के साथ बदलता रहता है (चित्र 1-3)। इस धारा में निरंतर घटक होते हैं - चालन धारा (i ) और अवशोषण धारा, जहाँ अवशोषण धारा के अनुरूप चालकता है; टी वह समय है जिसके दौरान वर्तमान आई एब्स अपने प्रारंभिक मूल्य के 1 / ई तक गिर जाता है। असीम रूप से लंबे समय के लिए, i abs → 0 और i = i । डाइलेक्ट्रिक्स की विद्युत चालकता को उनमें एक निश्चित मात्रा में मुक्त आवेशित कणों की उपस्थिति द्वारा समझाया गया है: आयन और इलेक्ट्रॉन।

अधिकांश विद्युत इन्सुलेट सामग्री के लिए आयनिक विद्युत चालकता सबसे विशिष्ट है, जो कि इन्सुलेशन में अनिवार्य रूप से मौजूद अशुद्धियों (नमी, लवण, क्षार, आदि की अशुद्धता) के कारण संभव है। विद्युत चालकता के एक आयनिक चरित्र के साथ एक ढांकता हुआ में, फैराडे के नियम का सख्ती से पालन किया जाता है - इन्सुलेशन के माध्यम से पारित बिजली की मात्रा और इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान जारी पदार्थ की मात्रा के बीच आनुपातिकता।

जैसे ही तापमान बढ़ता है, विद्युत इन्सुलेट सामग्री की प्रतिरोधकता कम हो जाती है और सूत्र द्वारा विशेषता होती है

जहाँ_ρ o, A और B दी गई सामग्री के लिए अचर हैं; टी- तापमान, डिग्री के।

नमी पर इन्सुलेशन प्रतिरोध की एक बड़ी निर्भरता हीड्रोस्कोपिक इन्सुलेट सामग्री, मुख्य रूप से रेशेदार (कागज, सूती धागे, आदि) में होती है। इसलिए, रेशेदार सामग्री सूख जाती है और गर्भवती होती है, साथ ही नमी प्रतिरोधी आवरणों द्वारा संरक्षित होती है।

इन्सुलेट सामग्री में अंतरिक्ष शुल्क के गठन के कारण बढ़ते वोल्टेज के साथ इन्सुलेशन प्रतिरोध कम हो सकता है। इस मामले में बनाई गई अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक चालकता विद्युत चालकता में वृद्धि की ओर ले जाती है। बहुत मजबूत क्षेत्रों में वोल्टेज पर चालकता की निर्भरता होती है (Y.I. Frenkel का नियम):

जहां के बारे में - कमजोर क्षेत्रों में चालकता; निरंतर। सभी विद्युत इन्सुलेट सामग्री को इन्सुलेशन चालकता जी के कुछ मूल्यों की विशेषता है। आदर्श रूप से, इन्सुलेट सामग्री की चालकता शून्य है। वास्तविक इन्सुलेट सामग्री में, केबल की प्रति यूनिट लंबाई की चालकता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

3-10 11 ओम-एम और संचार केबल से अधिक इन्सुलेशन प्रतिरोध वाले केबलों में, जहां ढांकता हुआ ध्रुवीकरण नुकसान गर्मी के नुकसान की तुलना में बहुत अधिक है, चालकता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

संचार इंजीनियरिंग में इन्सुलेशन चालकता एक लाइन का विद्युत पैरामीटर है जो केबल कोर के इन्सुलेशन में ऊर्जा हानि की विशेषता है। चालकता की आवृत्ति निर्भरता अंजीर में दिखाई गई है। 1-1. चालकता का व्युत्क्रम, इन्सुलेशन प्रतिरोध, डीसी वोल्टेज का अनुपात है जो इन्सुलेशन (वोल्ट में) पर लीकेज करंट (एम्पीयर में) पर लागू होता है, अर्थात।

जहां आर वी वॉल्यूमेट्रिक इन्सुलेशन प्रतिरोध है, जो संख्यात्मक रूप से इन्सुलेशन की मोटाई के माध्यम से वर्तमान के पारित होने से उत्पन्न बाधा को निर्धारित करता है; आर एस - सतह प्रतिरोध, जो इन्सुलेशन की सतह के साथ वर्तमान के पारित होने में बाधा को निर्धारित करता है।

प्रयुक्त इन्सुलेट सामग्री की गुणवत्ता का एक व्यावहारिक मूल्यांकन विशिष्ट मात्रा प्रतिरोधकता है वी ओम-सेंटीमीटर (ओम * सेमी) में व्यक्त किया गया है। संख्यात्मक रूप से, V एक घन के प्रतिरोध (ओम में) के बराबर होता है, जिसमें दिए गए पदार्थ से 1 सेमी का किनारा होता है, यदि धारा घन के दो विपरीत फलकों से होकर गुजरती है। विशिष्ट सतह प्रतिरोध ρ एस संख्यात्मक रूप से वर्ग के सतह प्रतिरोध के बराबर है (ओम में) यदि इस वर्ग के दो विपरीत पक्षों को बांधने वाले इलेक्ट्रोड पर करंट लगाया जाता है।

सिंगल-कोर केबल या तार का इन्सुलेशन प्रतिरोध सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

डाइलेक्ट्रिक्स के नमी गुण

नमी प्रतिरोधी -यह इन्सुलेशन के संचालन की विश्वसनीयता है जब यह संतृप्ति के करीब जल वाष्प के वातावरण में होता है। उच्च और उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में सामग्री खोजने के बाद विद्युत, यांत्रिक और अन्य भौतिक गुणों में परिवर्तन द्वारा नमी प्रतिरोध का आकलन किया जाता है; नमी और पानी पारगम्यता द्वारा; नमी और जल अवशोषण द्वारा।

नमी पारगम्यता -सामग्री के दोनों किनारों पर हवा की सापेक्ष आर्द्रता में अंतर की उपस्थिति में नमी वाष्प को पारित करने की सामग्री की क्षमता।

नमी अवशोषण -संतृप्ति अवस्था के करीब आर्द्र वातावरण में लंबे समय तक रहने के दौरान पानी को अवशोषित करने की सामग्री की क्षमता।

जल अवशोषण -पानी में लंबे समय तक विसर्जन के दौरान पानी को अवशोषित करने के लिए एक सामग्री की क्षमता।

उष्णकटिबंधीय प्रतिरोध और उष्णकटिबंधीयकरणउपकरण – नमी, मोल्ड, कृन्तकों से बिजली के उपकरणों की सुरक्षा।

डाइलेक्ट्रिक्स के ऊष्मीय गुण

डाइलेक्ट्रिक्स के तापीय गुणों को चिह्नित करने के लिए निम्नलिखित मात्राओं का उपयोग किया जाता है।

गर्मी प्रतिरोध- विद्युत इन्सुलेट सामग्री और उत्पादों की उच्च तापमान और अचानक तापमान परिवर्तन को बिना किसी नुकसान के झेलने की क्षमता। उस तापमान से निर्धारित होता है जिस पर यांत्रिक और विद्युत गुणों में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन देखा जाता है, उदाहरण के लिए, भार के तहत तन्यता या झुकने वाला विरूपण कार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स में शुरू होता है।

ऊष्मीय चालकता- सामग्री में गर्मी स्थानांतरित करने की प्रक्रिया। यह तापीय चालकता के प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित गुणांक द्वारा विशेषता है टी। टी एक सेकंड में 1 मीटर मोटी सामग्री की एक परत और परत के तापमान अंतर पर 1 मीटर 2 के सतह क्षेत्र के माध्यम से स्थानांतरित गर्मी की मात्रा है। 1 ° K की सतह। डाइलेक्ट्रिक्स की तापीय चालकता गुणांक विस्तृत सीमाओं के भीतर भिन्न होता है। सबसे अधिक कम मान t में गैसें, झरझरा डाइलेक्ट्रिक्स और तरल पदार्थ हैं (हवा के लिए λ t = 0.025 W / (m K), पानी के लिए λ t = 0.58 W / (m K)), क्रिस्टलीय डाइलेक्ट्रिक्स में उच्च मान होते हैं (क्रिस्टलीय क्वार्ट्ज λ t के लिए) = 12.5 डब्ल्यू / (एम के))। डाइलेक्ट्रिक्स की तापीय चालकता गुणांक उनकी संरचना (फ्यूज्ड क्वार्ट्ज टी = 1.25 डब्ल्यू / (एम · के)) और तापमान पर निर्भर करता है।

थर्मल विस्तारडाइलेक्ट्रिक्स का अनुमान रैखिक विस्तार के तापमान गुणांक द्वारा लगाया जाता है: ... कम तापीय विस्तार वाली सामग्री, एक नियम के रूप में, उच्च गर्मी प्रतिरोध और इसके विपरीत है। थर्मल विस्तारकार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स महत्वपूर्ण रूप से (दसियों और सैकड़ों बार) अकार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स के विस्तार से अधिक है। इसलिए, तापमान में उतार-चढ़ाव के साथ अकार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स से बने भागों की आयामी स्थिरता कार्बनिक की तुलना में बहुत अधिक है।

1. अवशोषण धाराएं

विभिन्न प्रकार के विलम्बित ध्रुवण की विस्थापन धाराएँ अवशोषण धाराएँ कहलाती हैं। एक संतुलन राज्य स्थापित होने तक ढांकता हुआ में निरंतर वोल्टेज प्रवाह पर अवशोषण धाराएं, वोल्टेज चालू और बंद होने पर उनकी दिशा बदलती हैं। एक वैकल्पिक वोल्टेज के साथ, ढांकता हुआ विद्युत क्षेत्र में पूरे समय के दौरान अवशोषण धाराएं प्रवाहित होती हैं।

सामान्य रूप में बिजली जे ढांकता हुआ में वर्तमान के माध्यम से का योग है जे अनुसूचित जाति और अवशोषण वर्तमान जे अब

जे = जे सीके + जे एबी

अवशोषण धारा को बायस करंट के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है जे सेमी - विद्युत प्रेरण वेक्टर के परिवर्तन की दर डी

वर्तमान के माध्यम से विभिन्न चार्ज वाहकों के विद्युत क्षेत्र में स्थानांतरण (आंदोलन) द्वारा निर्धारित किया जाता है।

2. इलेक्ट्रोनिकविद्युत चालकता एक क्षेत्र की क्रिया के तहत इलेक्ट्रॉनों की गति की विशेषता है। धातुओं के अलावा, यह कार्बन, धातु ऑक्साइड, सल्फाइड और अन्य पदार्थों के साथ-साथ कई अर्धचालकों में भी मौजूद है।

3. आयनिक -आयनों की गति के कारण। यह इलेक्ट्रोलाइट्स के समाधान और पिघलने में देखा जाता है - लवण, एसिड, क्षार, साथ ही साथ कई डाइलेक्ट्रिक्स में। इसे आंतरिक और अशुद्धता चालकता में विभाजित किया गया है। आंतरिक चालकता पृथक्करण के दौरान प्राप्त आयनों की गति के कारण होती है अणु। विद्युत क्षेत्र में आयनों की गति इलेक्ट्रोलिसिस के साथ होती है - इलेक्ट्रोड के बीच किसी पदार्थ का स्थानांतरण और इलेक्ट्रोड पर उसका विमोचन। ध्रुवीय तरल पदार्थ अधिक वियोजित होते हैं और गैर-ध्रुवीय की तुलना में उच्च विद्युत चालकता रखते हैं।

गैर-ध्रुवीय और कमजोर ध्रुवीय तरल डाइलेक्ट्रिक्स (खनिज तेल, ऑर्गोसिलिकॉन तरल पदार्थ) में, विद्युत चालकता अशुद्धियों द्वारा निर्धारित की जाती है।

4. आणविक चालकता -आवेशित कणों की गति के कारण होता है जिसे कहा जाता है मोलियंस... इसे कोलाइडल सिस्टम, इमल्शन में देखें , निलंबन ... विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत मोलियन की गति को कहते हैं वैद्युतकणसंचलन... वैद्युतकणसंचलन के दौरान, इलेक्ट्रोलिसिस के विपरीत, नए पदार्थ नहीं बनते हैं; तरल परिवर्तन की विभिन्न परतों में छितरी हुई अवस्था की सापेक्षिक सांद्रता। इलेक्ट्रोफोरेटिक चालकता देखी जाती है, उदाहरण के लिए, इमल्सीफाइड पानी वाले तेलों में।