धातू आणि डायलेक्ट्रिक्स - काय फरक आहेत?

धातू

धातूचे व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन त्यांच्या अणूंशी कमकुवतपणे जोडलेले असतात. जेव्हा धातूच्या बाष्पांपासून घनरूप होणारे धातूचे अणू द्रव किंवा घन धातू बनवतात, तेव्हा बाह्य इलेक्ट्रॉन यापुढे वैयक्तिक अणूंना बांधील नसतात आणि शरीरात मुक्तपणे फिरू शकतात.

हे इलेक्ट्रॉन धातूंच्या सुप्रसिद्ध महत्त्वपूर्ण चालकतेसाठी जबाबदार असतात आणि त्यांना वहन इलेक्ट्रॉन म्हणतात.

धातूचे अणू त्यांचे व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन काढून टाकतात, म्हणजे सकारात्मक आयन, क्रिस्टल जाळी बनवतात.

क्रिस्टल जाळीमध्ये, आयन त्यांच्या समतोलाच्या वरच्या स्थानाभोवती गोंधळलेले दोलन करतात, ज्याला जाळी साइट म्हणतात. ही कंपने जाळीच्या थर्मल गतीचे प्रतिनिधित्व करतात आणि वाढत्या तापमानासह वाढतात.

धातूमध्ये विद्युत क्षेत्र नसतानाही वहन करणारे इलेक्ट्रॉन हजारो किलोमीटर प्रति सेकंद या क्रमाने यादृच्छिकपणे हलतात.

जेव्हा धातूच्या तारावर व्होल्टेज लावला जातो, तेव्हा संवहन इलेक्ट्रॉन्स, त्यांची गोंधळलेली हालचाल कमकुवत न करता, वायरच्या बाजूने विद्युत क्षेत्राद्वारे तुलनेने हळूहळू वाहून जाते.

या विचलनासह, सर्व इलेक्ट्रॉन्स, गोंधळलेल्या वेगाव्यतिरिक्त, ऑर्डर केलेल्या हालचालीचा एक छोटा वेग (उदाहरणार्थ, मिलिमीटर प्रति सेकंद) प्राप्त करतात. k कारणांची ही कमकुवत ऑर्डर केलेली हालचाल वायर मध्ये विद्युत प्रवाह.

डायलेक्ट्रिक्स

नाव असलेल्या इतर पदार्थांसह परिस्थिती पूर्णपणे भिन्न आहे इन्सुलेटर (भौतिकशास्त्राच्या भाषेत - डायलेक्ट्रिक्स). डायलेक्ट्रिक्समध्ये, अणू धातूंप्रमाणेच समतोलतेबद्दल कंपन करतात, परंतु त्यांच्याकडे इलेक्ट्रॉनचे पूर्ण पूरक असते.

डायलेक्ट्रिक अणूंचे बाह्य इलेक्ट्रॉन त्यांच्या अणूंना मजबूतपणे बांधलेले असतात आणि त्यांना वेगळे करणे इतके सोपे नसते. हे करण्यासाठी, आपल्याला डायलेक्ट्रिकचे तापमान लक्षणीयरीत्या वाढवणे आवश्यक आहे किंवा ते अणूंमधून इलेक्ट्रॉन काढून टाकू शकतील अशा तीव्र रेडिएशनच्या अधीन आहे. सामान्य स्थितीत, डायलेक्ट्रिकमध्ये कोणतेही वहन इलेक्ट्रॉन नसतात आणि डायलेक्ट्रिक्स विद्युत प्रवाह वाहून घेत नाहीत.

बहुतेक डायलेक्ट्रिक्स अणू नसून आण्विक क्रिस्टल्स किंवा द्रव असतात. याचा अर्थ असा की जाळीची जागा अणू नसून रेणू आहेत.

बर्‍याच रेणूंमध्ये अणूंचे दोन गट किंवा फक्त दोन अणू असतात, त्यापैकी एक विद्युतदृष्ट्या सकारात्मक असतो आणि दुसरा नकारात्मक असतो (याला ध्रुवीय रेणू म्हणतात). उदाहरणार्थ, पाण्याच्या रेणूमध्ये, दोन्ही हायड्रोजन अणू सकारात्मक भाग आहेत आणि ऑक्सिजन अणू, ज्याभोवती हायड्रोजन अणूंचे इलेक्ट्रॉन बहुतेक वेळा फिरतात, ते नकारात्मक असतात.

समान परिमाण असलेल्या परंतु एकमेकांपासून अगदी कमी अंतरावर स्थित चिन्हात विरुद्ध असलेल्या दोन शुल्कांना द्विध्रुव म्हणतात. ध्रुवीय रेणू द्विध्रुवांची उदाहरणे आहेत.

जर रेणूंमध्ये विरुद्ध चार्ज केलेले आयन (चार्ज केलेले अणू) नसतील, म्हणजेच ते ध्रुवीय नसतात आणि द्विध्रुवांचे प्रतिनिधित्व करत नाहीत, तर ते विद्युत क्षेत्राच्या क्रियेखाली द्विध्रुव बनतात.

इलेक्ट्रिक फील्ड पॉझिटिव्ह चार्जेस खेचते, जे रेणूच्या रचनेत (उदाहरणार्थ, न्यूक्लियस) एका दिशेने आणि नकारात्मक शुल्क दुसऱ्या दिशेने खेचते आणि त्यांना अलग पाडल्याने द्विध्रुव तयार होते.

अशा द्विध्रुवांना लवचिक म्हणतात - शेत त्यांना स्प्रिंगसारखे पसरते. ध्रुवीय रेणूंसह डायलेक्ट्रिकचे वर्तन ध्रुवीय रेणूंसह डायलेक्ट्रिकच्या वर्तनापेक्षा थोडे वेगळे असते आणि आम्ही असे गृहीत धरू की डायलेक्ट्रिक रेणू द्विध्रुव आहेत.

जर डायलेक्ट्रिकचा तुकडा इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये ठेवला असेल, म्हणजे, एक विद्युत चार्ज केलेले शरीर डायलेक्ट्रिकमध्ये आणले जाते, ज्यामध्ये, उदाहरणार्थ, सकारात्मक गियर असेल, द्विध्रुवीय रेणूंचे नकारात्मक आयन या चार्जकडे आकर्षित होतील आणि सकारात्मक आयन दूर केले जातील. त्यामुळे द्विध्रुवीय रेणू फिरतील. या रोटेशनला ओरिएंटेशन म्हणतात.

अभिमुखता सर्व डायलेक्ट्रिक रेणूंचे संपूर्ण रोटेशन दर्शवत नाही. दिलेल्या वेळी यादृच्छिकपणे घेतलेले रेणू फील्डकडे तोंड देऊ शकतात आणि केवळ सरासरी संख्येच्या रेणूंचा फील्डकडे कमकुवत अभिमुखता असतो (म्हणजेच, विरुद्ध दिशेपेक्षा जास्त रेणू क्षेत्राकडे तोंड करतात).

अभिमुखता थर्मल मोशन द्वारे अडथळा आणली जाते - रेणूंच्या त्यांच्या समतोल स्थितीभोवती गोंधळलेल्या कंपनांमुळे. तापमान जितके कमी असेल तितके दिलेल्या फील्डमुळे रेणूंचे अभिमुखता मजबूत होईल. दुसरीकडे, दिलेल्या तपमानावर अभिमुखता नैसर्गिकरित्या फील्ड जितकी मजबूत असते.

डायलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण

सकारात्मक चार्जला सामोरे जाणाऱ्या पृष्ठभागावरील डायलेक्ट्रिक रेणूंच्या अभिमुखतेच्या परिणामी, द्विध्रुवीय रेणूंची नकारात्मक टोके दिसतात आणि विरुद्ध पृष्ठभागावर सकारात्मक असतात.

डायलेक्ट्रिकच्या पृष्ठभागावर, विद्युत शुल्क… या शुल्कांना ध्रुवीकरण शुल्क म्हणतात आणि त्यांच्या घटनेला डायलेक्ट्रिक ध्रुवीकरणाची प्रक्रिया म्हणतात.

वरीलप्रमाणे खालीलप्रमाणे, ध्रुवीकरण, डायलेक्ट्रिकच्या प्रकारावर अवलंबून, ओरिएंटेशनल (रेडीमेड द्विध्रुवीय रेणू ओरिएंटेड असतात) आणि विकृती किंवा इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन ध्रुवीकरण (विद्युत क्षेत्रातील रेणू विकृत होऊन द्विध्रुव बनतात) असू शकतात.

प्रश्न उद्भवू शकतो की ध्रुवीकरण शुल्क केवळ डायलेक्ट्रिकच्या पृष्ठभागावर का तयार होते आणि त्याच्या आत का नाही? डायलेक्ट्रिकच्या आत द्विध्रुवीय रेणूंचे सकारात्मक आणि नकारात्मक टोक फक्त रद्द करतात या वस्तुस्थितीद्वारे हे स्पष्ट केले आहे. नुकसान भरपाई केवळ डायलेक्ट्रिकच्या पृष्ठभागावर किंवा दोन डायलेक्ट्रिक्समधील इंटरफेसवर तसेच एकसंध डायलेक्ट्रिकमध्ये अनुपस्थित असेल.

जर डायलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण केले असेल तर याचा अर्थ असा नाही की ते चार्ज झाले आहे, म्हणजेच त्यावर एकूण विद्युत शुल्क आहे. ध्रुवीकरणासह, डायलेक्ट्रिकचा एकूण चार्ज बदलत नाही. तथापि, डायलेक्ट्रिकला बाहेरून विशिष्ट संख्येचे इलेक्ट्रॉन हस्तांतरित करून किंवा स्वतःचे विशिष्ट इलेक्ट्रॉन्स घेऊन शुल्क दिले जाऊ शकते. पहिल्या प्रकरणात, डायलेक्ट्रिक नकारात्मक चार्ज होईल, आणि दुसऱ्यामध्ये - सकारात्मक चार्ज केला जाईल.

असे विद्युतीकरण तयार केले जाऊ शकते, उदाहरणार्थ, द्वारे घर्षण करून… जर तुम्ही काचेचा रॉड रेशमावर घासला तर रॉड आणि रेशमावर विरुद्ध शुल्क आकारले जाईल (काच - सकारात्मक, रेशीम - नकारात्मक).या प्रकरणात, काचेच्या रॉडमधून विशिष्ट संख्येने इलेक्ट्रॉन निवडले जातील (काचेच्या रॉडच्या सर्व अणूंशी संबंधित इलेक्ट्रॉनच्या एकूण संख्येचा एक अतिशय लहान अंश).

तर, धातू आणि इतर कंडक्टरमध्ये (उदा. इलेक्ट्रोलाइट्स) शुल्क शरीरात मुक्तपणे फिरू शकतात. दुसरीकडे, डायलेक्ट्रिक्स चालत नाहीत आणि त्यामध्ये शुल्क मॅक्रोस्कोपिक (म्हणजे, अणू आणि रेणूंच्या आकाराच्या तुलनेत मोठे) अंतर हलवू शकत नाही. इलेक्ट्रिक फील्डमध्ये, डायलेक्ट्रिक फक्त ध्रुवीकृत आहे.

डायलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण दिलेल्या सामग्रीसाठी विशिष्ट मूल्यांपेक्षा जास्त नसलेली फील्ड ताकद फील्ड ताकदीच्या प्रमाणात असते.

तथापि, व्होल्टेज जसजसे वाढते तसतसे, रेणूंमधील भिन्न चिन्हांच्या प्राथमिक कणांना बांधणारी अंतर्गत शक्ती त्या कणांना रेणूंमध्ये ठेवण्यासाठी अपुरी पडतात. मग रेणूंमधून इलेक्ट्रॉन बाहेर टाकले जातात, रेणू आयनीकृत होते आणि डायलेक्ट्रिक त्याचे इन्सुलेट गुणधर्म गमावते - डायलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन उद्भवते.

डायलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन सुरू होते त्या इलेक्ट्रिक फील्ड ताकदीच्या मूल्याला ब्रेकडाउन ग्रेडियंट म्हणतात, किंवा डायलेक्ट्रिक शक्ती.