परावैद्युत (डाईलेक्ट्रिक): Difference between revisions

Revision as of 12:03, 2 December 2022

एक ध्रुवीकृत परावैद्युत सामग्री

विद्युत चुंबकत्व में, परावैद्युत (या परावैद्युत पदार्थ या परावैद्युत माध्यम) एक विद्युतीय कुचालक होता है जिसका प्रायौगिकविद्युत क्षेत्र द्वारा ध्रुवीकरण हो सकता है। जब एक परावैद्युत पदार्थ एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो विद्युत आवेश परावैद्युत से होकर प्रवाहित नहीं होते हैं जैसा कि आवेश विद्युत कुचालको में करते हैं, क्योंकि उनके पास कोई शिथिल बंधित या मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं जो परावैद्युत से होकर गति कर सके, लेकिन ध्रुवीकरण के कारण वे अपनी औसत संतुलन की स्थिति से केवल थोड़ा -सा स्थानांतरित हो जाते हैं। परावैद्युत ध्रुवीकरण के कारण, धनात्मक आवेश विद्युत क्षेत्र की दिशा में विस्थापित हो जाते हैं और ऋणात्मक आवेश क्षेत्र के विपरीत दिशा में स्थानांतरित हो जाते हैं (उदाहरण के लिए, यदि क्षेत्र धनात्मक x अक्ष के समानांतर गति कर रहा है, तो ऋणात्मक आवेश. ऋणात्मक x' दिशा में स्थानांतरित हो जाते हैं)। यह एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनाता है जो परावैद्युत के भीतर समग्र विद्युत क्षेत्र को कम करता है। यदि एक कमजोर परावैद्युत रासायनिक बंध के अणुओं से बना होता है, तो वे अणु न केवल ध्रुवीकृत हो जाते हैं, बल्कि पुन: उन्मुख भी हो जाते हैं ताकि उनकी सममिति अक्ष क्षेत्र में संरेखित हो जाए।^[1]परावैद्युत के गुणों का अध्ययन किसी पदार्थ में विद्युत और चुंबकीय ऊर्जा के भंडारण और अपव्यय से संबंधित है।^[2]^[3]^[4] इलेक्ट्रानिक्स , प्रकाशिकी , भौतिक विज्ञान की ठोस अवस्था और सेल बायोफिज़िक्स में विभिन्न घटनाओं की व्याख्या करने के लिए परावैद्युत महत्वपूर्ण हैं।^[5]^[6]

शब्दावली

यद्यपि कुचालक शब्द का अर्थ कम विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता है, परावैद्युत का अर्थ सामान्यतः उच्च ध्रुवीकरण वाला पदार्थ है। उत्तरार्द्ध को एक संख्या द्वारा व्यक्त किया जाता है जिसे सापेक्ष पारगम्यता कहा जाता है। कुचालक शब्द का प्रयोग सामान्यतः विद्युत अवरोध को इंगित करने के लिए किया जाता है जबकि परावैद्युत शब्द का उपयोग पदार्थ की ऊर्जा भंडारण क्षमता (ध्रुवीकरण के माध्यम से) को इंगित करने के लिए किया जाता है। एक परावैद्युत का एक सामान्य उदाहरण एक संधारित्र की धातु प्लेटों के बीच विद्युत रूप से कुचालक पदार्थ है। प्रायौगिक विद्युत क्षेत्र द्वारा ध्रुवीकरण किया गया परावैद्युत, एक दी हुई विद्युत क्षेत्र की शक्ति के लिए संधारित्र के सतह पर आवेश को बढ़ाता है।^[1]

माइकल फैराडे के एक अनुरोध के जवाब में परावैद्युत शब्द विलियम व्हीवेल (विकिशनरी: डाई- + इलेक्ट्रिक से) द्वारा दिया गया था।^[7]^[8] एक पूर्ण परावैद्युत शून्य विद्युत चालकता वाला पदार्थ है ( पूर्ण चालक अनंत विद्युत चालकता),^[9] इस प्रकार केवल एक विस्थापन धारा का प्रदर्शन है। यह विद्युत ऊर्जा को संग्रहित और लौटाता है जैसे कि यह एक आदर्श संधारित्र था।

विद्युत संवेदनशीलता

विद्युत संवेदनशीलता χ_e एक परावैद्युत पदार्थ एक विद्युत क्षेत्र के उपस्मेंथिति में कितनी आसानी से ध्रुवीत है। यह, बदले में, पदार्थकी विद्युत पारगम्यता को निर्धारित करता है और इस प्रकार उस माध्यम में कई अन्य घटनाओं को प्रभावित करता है, संधारित्र की धारिता से लेकर प्रकाश की गति तक।

इसे एक विद्युत क्षेत्र 'E' को प्रेरित परावैद्युत ध्रुवीकरण घनत्व 'P' से संबंधित आनुपातिकता (जो एक प्रदिश हो सकता है) के रूप में परिभाषित किया गया है, जैसे कि

\mathbf {P} =\varepsilon _{0}\chi _{e}\mathbf {E} ,

जहां E₀ निर्वात की विद्युत पारगम्यता है।

किसी माध्यम की संवेदनशीलता उसकी सापेक्ष पारगम्यता से संबंधित होती है_rद्वारा

\chi _{e}\ =\varepsilon _{r}-1.

तो एक निर्वात के स्थिति में,

\chi _{e}\ =0.

विद्युत विस्थापन D ध्रुवीकरण घनत्व P से संबंधित है

\mathbf {D} \ =\ \varepsilon _{0}\mathbf {E} +\mathbf {P} \ =\ \varepsilon _{0}\left(1+\chi _{e}\right)\mathbf {E} \ =\ \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}\mathbf {E} .

फैलाव और कार्य-कारण

सामान्यतः, एक पदार्थ प्रायौगिक विद्युत क्षेत्र के उपस्थिति में तत्काल ध्रुवीकरण नहीं कर सकती है। समय के फलन के रूप में अधिक सामान्य सूत्रीकरण है

\mathbf {P} (t)=\varepsilon _{0}\int _{-\infty }^{t}\chi _{e}\left(t-t'\right)\mathbf {E} (t')\,dt'.

यही है, ध्रुवीकरण द्वारा दी गई समय-निर्भर संवेदनशीलता χ_e(Δt) के साथ पिछले समय में विद्युत क्षेत्र का एक दृढ़ संकल्प है। इस अभिन्न की ऊपरी सीमा को अनंत तक भी बढ़ाया जा सकता है यदि कोई परिभाषित करता है χ_e(Δt) = 0 के लिये Δt < 0. एक तात्कालिक प्रतिक्रिया डिराक डेल्टा फ़ंक्शन संवेदनशीलता से सम्बन्ध रखती है χ_e(Δt) = χ_eδ(Δt).

एक रैखिक प्रणाली में निरंतर फूरियर रूपांतरण लेना और इस संबंध को आवृत्ति के कार्य के रूप में लिखना अधिक सुविधाजनक है। कनवल्शन प्रमेय के कारण, समाकल एक साधारण उत्पाद बन जाता है,

\mathbf {P} (\omega )=\varepsilon _{0}\chi _{e}(\omega )\mathbf {E} (\omega ).

संवेदनशीलता (या समान रूप से पारगम्यता) आवृत्ति पर निर्भर है। आवृत्ति के संबंध में संवेदनशीलता का परिवर्तन पदार्थ के फैलाव (प्रकाशिकी) गुणों की विशेषता है।

इसके अतिरिक्त, तथ्य यह है कि ध्रुवीकरण केवल पिछले समय में विद्युत क्षेत्र पर निर्भर हो सकता है (अर्थात, χ_e(Δt) = 0 के लिये Δt < 0), कार्य-कारण का एक परिणाम, क्रेमर्स-क्रोनिग संबंध को प्रायोगिक करता है | क्रेमर्स-क्रोनिग संवेदनशीलता के वास्तविक और काल्पनिक भागों पर प्रतिबंध लगाता है।

परावैद्युत ध्रुवीकरण

साधारण परमाणु मॉडल

शास्त्रीय परावैद्युत मॉडल के तहत एक परमाणु के साथ विद्युत क्षेत्र की बातचीत

परावैद्युत के पारम्परिक दृष्टिकोण में, पदार्थ परमाणुओं से बनी होती है। प्रत्येक परमाणु में ऋणात्मक आवेश (इलेक्ट्रॉनों) का एक क्षेत्र होता है जो उसके केंद्र में एक धनात्मक बिंदु आवेश से बंधा होता है और उसके आसपास होता है। विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में, आवेश क्षेत्र विकृत हो जाता है, जैसा कि चित्र के शीर्ष दाईं ओर दिखाया गया है।

इसे अध्यारोपण सिद्धांत का उपयोग करके एक साधारण द्विध्रुव में घटाया जा सकता है। एक द्विध्रुवीय अपने विद्युत द्विध्रुवीय क्षण की विशेषता है, एक सदिश मात्रा जिसे नीले तीर के रूप में दिखाया गया है जिसे M लेबल किया गया है। यह विद्युत क्षेत्र और द्विध्रुवीय क्षण के बीच का संबंध है जो परावैद्युत व्यवहार को जन्म देता है। (ध्यान दें कि द्विध्रुवीय क्षण आकृति में विद्युत क्षेत्र के समान दिशा में इंगित करता है। यह हमेशा ऐसा नहीं होता है, और यह एक प्रमुख सरलीकरण है, लेकिन कई पदार्थो के लिए सही है।)

जब विद्युत क्षेत्र हटा दिया जाता है तो परमाणु अपनी मूल स्थिति में लौट आता है। ऐसा करने के लिए आवश्यक समय तथाकथित विश्राम एक घातीय क्षय समय है।

यह भौतिकी में नमूने का सार है। परावैद्युत का व्यवहार अब स्थिति पर निर्भर करता है। स्थिति जितनी जटिल होगी, व्यवहार का सटीक वर्णन करने के लिए मॉडल उतना ही समृद्ध होगा। महत्वपूर्ण प्रश्न हैं:

क्या विद्युत क्षेत्र स्थिर है या यह समय के साथ बदलता रहता है? किस दर पर?
क्या प्रतिक्रिया प्रायौगिक क्षेत्र (पदार्थ की समदैशिकता ) की दिशा पर निर्भर करती है?
क्या प्रतिक्रिया हर जगह समान है (पदार्थ की एकरूपता )?
क्या किसी सीमा या अंतरापृष्ठ को ध्यान में रखा जाना चाहिए?
क्या क्षेत्र के संबंध में प्रतिक्रिया रैखिक प्रणाली है, या गैर-रेखीय प्रणाली है?

विद्युत क्षेत्र 'E' और द्विध्रुवीय क्षण 'M' के बीच संबंध परावैद्युत व्यवहार को जन्म देता है, जो किसी दिए गए पदार्थ के लिए समीकरण द्वारा परिभाषित फलन ' F ' द्वारा विशेषता हो सकता है:

\mathbf {M} =\mathbf {F} (\mathbf {E} ).

जब दोनों प्रकार के विद्युत क्षेत्र और पदार्थ के प्रकार को परिभाषित किया गया है, तो कोई सबसे सरल फलन F चुनता है जो ब्याज की घटनाओं की सही भविष्यवाणी करता है। ऐसी घटनाओं के उदाहरणों में सम्मलित हैं जिन्हें मॉडल किया जा सकता है:

अपवर्तक सूचकांक
समूह वेग फैलाव
बीयरफ्रेंसेंस
आत्मकेंद्रित
हार्मोनिक पीढ़ी

द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण

द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण, एक ध्रुवीकरण है जो या तो ध्रुवीय अणुओं (अभिविन्यास ध्रुवीकरण) में निहित है, या किसी भी अणु में प्रेरित किया जा सकता है जिसमें नाभिक का असममित विरूपण संभव है (विरूपण ध्रुवीकरण)। अभिविन्यास ध्रुवीकरण एक स्थायी द्विध्रुव से उत्पन्न होता है, उदाहरण के लिए, जो पानी के अणु में ऑक्सीजन और हाइड्रोजन परमाणुओं के बीच असममित बंधों के बीच 104.45 ° कोण से उत्पन्न होता है, जो बाहरी विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में ध्रुवीकरण को बनाये रखता है। इन द्विध्रुवों का संयोजन एक स्थूल ध्रुवीकरण बनाता है।

जब एक बाहरी विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है, तो प्रत्येक स्थायी द्विध्रुव के भीतर आवेशों के बीच की दूरी, जो रासायनिक बंधन से संबंधित होती है, अभिविन्यास ध्रुवीकरण में स्थिर रहती है; चूंकि, ध्रुवीकरण की दिशा ही घूमती है। यह घुमाव एक समय-सीमा पर होता है जो अणुओं के बल आघूर्ण और आसपास के स्थानीय चिपचिपाहट पर निर्भर करता है। चूंकि घुमाव तात्कालिक नहीं है, इसलिए द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण उच्चतम आवृत्तियों पर विद्युत क्षेत्रों की प्रतिक्रिया खो देते हैं। एक अणु एक तरल पदार्थ में लगभग 1 रेडियन प्रति पिकोसेकंड घूमता है, इस प्रकार यह नुकसान लगभग 10¹¹ हर्ट्ज (माइक्रोवेव क्षेत्र में) पर होता है । विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन की प्रतिक्रिया में देरी से घर्षण और गर्मी होती है।

जब एक बाहरी विद्युत क्षेत्र को अवरक्त आवृत्तियों या उससे कम पर प्रायोगिक किया जाता है, तो अणु मुड़े हुए होते हैं और क्षेत्र द्वारा खिंच जाते हैं और आणविक द्विध्रुवीय क्षण बदल जाता है। आणविक कंपन आवृत्ति मोटे तौर पर अणुओं को मोड़ने में लगने वाले समय के विपरीत होती है, और यह विरूपण ध्रुवीकरण अवरक्त के ऊपर गायब हो जाता है।

आयनिक ध्रुवीकरण

आयनिक ध्रुवीकरण आयनिक क्रिस्टल (उदाहरण के लिए, सोडियम क्लोराइड ) में धनात्मक और ऋणात्मक आयनों के बीच सापेक्ष विस्थापन के कारण होने वाला ध्रुवीकरण है।

यदि एक क्रिस्टल या अणु में एक से अधिक प्रकार के परमाणु होते हैं, तो क्रिस्टल या अणु में एक परमाणु के चारों ओर आवेशों का वितरण धनात्मक या ऋणात्मक होता है। परिणाम स्वरुप , जब जाली कंपन या आणविक कंपन परमाणुओं के सापेक्ष विस्थापन को प्रेरित करते हैं, तो धनात्मक और ऋणात्मक आवेश के केंद्र भी विस्थापित हो जाते हैं। इन केंद्रों के स्थान विस्थापन की समरूपता से प्रभावित होते हैं। जब केंद्र समान नही होते हैं, तो अणुओं या क्रिस्टल में ध्रुवीकरण उत्पन्न होता है। इस ध्रुवीकरण को आयनिक ध्रुवीकरण कहा जाता है।

आयनिक ध्रुवीकरण फेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ-साथ द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण का कारण बनता है। फेरोइलेक्ट्रिक संक्रमण, जो एक विशेष दिशा के साथ स्थायी द्विध्रुवों के उन्मुखीकरण के अस्तर के कारण होता है, को ऑर्डर-विकार चरण संक्रमण कहा जाता है। क्रिस्टल में आयनिक ध्रुवीकरण के कारण होने वाले संक्रमण को विस्थापन चरण संक्रमण कहा जाता है।

कोशिकाओं में

आयनिक ध्रुवीकरण कोशिकाओं (माइटोकांड्रिया में प्रोटॉन पंप ) में ऊर्जा-समृद्ध यौगिकों के उत्पादन को सक्षम बनाता है और, प्लाज्मा झिल्ली पर, आराम करने की क्षमता की स्थापना, आयनों के ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल परिवहन, और सेल-टू-सेल संचार (Na+/K+ -एटीपीस)।

जानवरों के शरीर के ऊतकों में सभी कोशिकाएं विद्युत रूप से ध्रुवीकृत होती हैं - दूसरे शब्दों में, वे कोशिका के प्लाज्मा झिल्ली में एक विभवान्तर बनाए रखती हैं, जिसे झिल्ली क्षमता के रूप में जाना जाता है। यह विद्युत ध्रुवीकरण आयन ट्रांसपोर्टर और आयन चैनलों के बीच एक जटिल परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप होता है।

न्यूरॉन्स में, झिल्ली में आयन चैनलों के प्रकार सामान्यतः कोशिका के विभिन्न हिस्सों में भिन्न होते हैं, जिससे डेन्ड्राइट , अक्षतंतु और सोमा (जीव विज्ञान) को विभिन्न विद्युत गुण मिलते हैं। परिणाम स्वरुप , एक न्यूरॉन की झिल्ली के कुछ हिस्से उत्तेजनीय हो सकते हैं (सक्रिय विभवान्तर पैदा करने में सक्षम), जबकि अन्य नहीं हैं।

परावैद्युत फैलाव

भौतिकी में, परावैद्युत फैलाव एक प्रायोगिक विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति पर एक परावैद्युत पदार्थ की पारगम्यता की निर्भरता है। चूंकि ध्रुवीकरण में परिवर्तन और विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन के बीच एक अंतराल है, परावैद्युत की पारगम्यता विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति का एक जटिल फलन है। परावैद्युत पदार्थ के अनुप्रयोगों और ध्रुवीकरण प्रणालियों के विश्लेषण के लिए परावैद्युत फैलाव बहुत महत्वपूर्ण है।

यह एक सामान्य घटना का एक उदाहरण है जिसे पदार्थ फैलाव के रूप में जाना जाता है: तरंग प्रसार के लिए एक माध्यम की आवृत्ति-निर्भर प्रतिक्रिया।

जब आवृत्ति अधिक हो जाती है:

द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण अब 10¹⁰ हर्ट्ज़ के लगभग माइक्रोवेव क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र के दोलनों का पालन नहीं कर सकता है
आयनिक ध्रुवीकरण और आणविक विरूपण ध्रुवीकरण अब 10¹³ हर्ट्ज के लगभग अवरक्त या दूर-अवरक्त क्षेत्र के विद्युत क्षेत्र को ट्रैक नहीं कर सकता है
इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण लगभग 10¹⁵ हर्ट्ज के पराबैंगनी क्षेत्र में अपनी प्रतिक्रिया खो देता है।

पराबैंगनी आवृत्ति के ऊपर आवृत्ति क्षेत्र में, हर पदार्थ में पारगम्यता निरंतर ε₀ तक पहुंचती है, जहां ε₀ मुक्त स्थान की पारगम्यता है। क्योंकि पारगम्यता विद्युत क्षेत्र और ध्रुवीकरण के बीच संबंध की शक्ति को इंगित करती है, यदि एक ध्रुवीकरण प्रक्रिया अपनी प्रतिक्रिया खो देती है, तो पारगम्यता कम हो जाती है।

परावैद्युत विश्राम

परावैद्युत विश्राम एक पदार्थ के परावैद्युत स्थिरांक में क्षणिक देरी (या अंतराल) है। यह सामान्यतः एक परावैद्युत माध्यम (जैसे, संधारित्र के अंदर या दो बड़े विद्युत चालक सतहों के बीच) में बदलते विद्युत क्षेत्र के संबंध में आणविक ध्रुवीकरण में देरी के कारण होता है। बदलते विद्युत क्षेत्रों में परावैद्युत छूट चुंबकीय क्षेत्रों को बदलने में हिस्टैरिसीस के अनुरूप माना जा सकता है (उदाहरण के लिए, प्रारंभ करने वाला या ट्रांसफार्मर में मैग्नेटिक_कोरलॉस)। सामान्य रूप से विश्राम एक रैखिक प्रणाली की प्रतिक्रिया में देरी या अंतराल है, और इसलिए परावैद्युत विश्राम अपेक्षित रैखिक स्थिर स्थिति (संतुलन) परावैद्युत मूल्यों के सापेक्ष मापा जाता है। विद्युत क्षेत्र और ध्रुवीकरण के बीच समय अंतराल का अर्थ है गिब्स मुक्त ऊर्जा का अपरिवर्तनीय क्षरण।

भौतिकी में, परावैद्युत विश्राम एक बाहरी, दोलनशील विद्युत क्षेत्र के लिए एक परावैद्युत माध्यम की छूट प्रतिक्रिया को संदर्भित करता है। इस छूट को हमेशा आवृत्ति के एक समारोह के रूप में पारगम्यता के संदर्भ में वर्णित किया जाता है, जिसे आदर्श प्रणालियों के लिए, डेबी समीकरण द्वारा वर्णित किया जा सकता है। दूसरी ओर, आयनिक और इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण से संबंधित विकृति अनुनाद या प्रदोलन प्रकार के व्यवहार को दर्शाती है। विरूपण प्रक्रिया की प्रकृति नमूने की संरचना, संरचना और परिवेश पर निर्भर करती है।

देबी छूट

डेबी रिलैक्सेशन एक वैकल्पिक बाहरी विद्युत क्षेत्र में द्विध्रुवों की एक आदर्श, गैर-अंतःक्रियात्मक आबादी की परावैद्युत विश्राम प्रतिक्रिया है। यह सामान्यतः क्षेत्र की कोणीय आवृत्ति ω के एक फलन के रूप में एक माध्यम की जटिल पारगम्यता ε में व्यक्त किया जाता है:

{\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon _{\infty }+{\frac {\Delta \varepsilon }{1+i\omega \tau }},

जहां ε_∞उच्च आवृत्ति सीमा पर पारगम्यता है, Δε = ε_s − ε_∞ जहां ε_sस्थिर, कम आवृत्ति पारगम्यता है, और τ माध्यम का विशिष्ट विश्राम समय है। जटिल परावैद्युत पारगम्यता को अलग करनेपर वास्तविक भाग में $\varepsilon '$ और काल्पनिक भाग में $\varepsilon ''$ प्राप्त होता है:^[10]

{\begin{aligned}\varepsilon '&=\varepsilon _{\infty }+{\frac {\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty }}{1+\omega ^{2}\tau ^{2}}}\\[3pt]\varepsilon ''&={\frac {(\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty })\omega \tau }{1+\omega ^{2}\tau ^{2}}}\end{aligned}}

ध्यान दें कि उपरोक्त समीकरण ${\hat {\varepsilon }}(\omega )$ के लिए कभी-कभी $1-i\omega \tau$ के साथ लिखा जाता है एक चल रहे साइन कन्वेंशन अस्पष्टता के कारण हर में जिससे कई स्रोत जटिल विद्युत क्षेत्र की समय निर्भरता का प्रतिनिधित्व करते हैं $\exp(-i\omega t)$ जबकि अन्य उपयोग करते हैं $\exp(+i\omega t)$ . पूर्व सम्मेलन में, कार्य $\varepsilon '$ तथा $\varepsilon ''$ वास्तविक और काल्पनिक भागों का प्रतिनिधित्व किसके द्वारा दिया जाता है ${\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon '+i\varepsilon ''$ जबकि बाद के सम्मेलन में ${\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon '-i\varepsilon ''$ . उपरोक्त समीकरण बाद के सम्मेलन का उपयोग करता है।^[11] परावैद्युत नुकसान भी नुकसान स्पर्शरेखा द्वारा दर्शाया गया है:

\tan(\delta )={\frac {\varepsilon ''}{\varepsilon '}}={\frac {\left(\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty }\right)\omega \tau }{\varepsilon _{s}+\varepsilon _{\infty }\omega ^{2}\tau ^{2}}}

इस विश्राम मॉडल को भौतिक विज्ञानी पीटर डेबी (1913) द्वारा पेश किया गया था और नाम दिया गया था।^[12] यह केवल एक विश्राम समय के साथ गतिशील ध्रुवीकरण की विशेषता है।

डेबी समीकरण के प्रकार

कोल-कोल समीकरण: इस समीकरण का उपयोग तब किया जाता है जब परावैद्युत हानि शिखर सममितीय चौड़ीकरण दर्शाता है।

कोल-डेविडसन समीकरण:

इस समीकरण का उपयोग तब किया जाता है जब परावैद्युत लॉस पीक असममित चौड़ीकरण दिखाता है।

हावरिलिक-नेगामी छूट: यह समीकरण सममित और असममित दोनों प्रकार के विस्तार पर विचार करता है।
कोहलरॉश-विलियम्स-वाट्स फलन: फैला हुआ घातीय कार्य का फूरियर ट्रांसफॉर्म।

क्यूरी-वॉन श्वीडलर कानून: यह एक बिजली कानून के अनुसार व्यवहार करने के लिए एक प्रायोगिक DC क्षेत्र में परावैद्युत की प्रतिक्रिया को दर्शाता है, जिसे भारित घातीय कार्यों पर एक अभिन्न के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।

पैराइलेक्ट्रिसिटी

पैराइलेक्ट्रिकिटी परावैद्युत का नाममात्र का व्यवहार है जब परावैद्युत पारगम्यता टेंसर यूनिट आव्यूह के समानुपाती होता है, अर्थात, एक प्रायोगिक विद्युत क्षेत्र ध्रुवीकरण और / या केवल प्रायोगिक विद्युत क्षेत्र के समानांतर द्विध्रुवों के संरेखण का कारण बनता है। एक अनुचुंबकीय पदार्थ के साथ सादृश्य के विपरीत, एक पैराइलेक्ट्रिक पदार्थ में कोई स्थायी विद्युत द्विध्रुव उपस्थित होने की आवश्यकता नहीं है। खेतों को हटाने से द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण शून्य हो जाता है।^[13] पैराइलेक्ट्रिक व्यवहार का कारण बनने वाले तंत्र व्यक्तिगत आयनों (नाभिक से इलेक्ट्रॉन क्षेत्र का विस्थापन) और अणुओं का ध्रुवीकरण या आयनों या दोषों के संयोजन हैं।

पैराइलेक्ट्रिसिटी क्रिस्टल चरणों में हो सकती है जहां विद्युत द्विध्रुव असंरेखित होते हैं और इस प्रकार बाहरी विद्युत क्षेत्र में संरेखित करने और इसे कमजोर करने की क्षमता रखते हैं।

अधिकांश परावैद्युत पदार्थ पैराइलेक्ट्रिक्स हैं। उच्च परावैद्युत स्थिरांक की एक पैराइलेक्ट्रिक पदार्थ का एक विशिष्ट उदाहरण स्ट्रोंटियम टाइटेनेट है।

लिथियम नाइओबेट | LiNbO₃ क्रिस्टल 1430 केल्विन से नीचे फेरोइलेक्ट्रिक है, और इस तापमान से ऊपर यह एक अव्यवस्थित पैराइलेक्ट्रिक चरण में बदल जाता है। इसी तरह, अन्य पेरूवासी भी उच्च तापमान पर पैराइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करते हैं।

एक संभावित प्रशीतन तंत्र के रूप में पैराइलेक्ट्रिकिटी की खोज की गई है; रुद्धोष्म स्थितियों के तहत विद्युत क्षेत्र को प्रायोगिक करके एक पैराइलेक्ट्रिक का ध्रुवीकरण करने से तापमान बढ़ जाता है, जबकि क्षेत्र को हटाने से तापमान कम हो जाता है।^[14] एक ताप पंप जो पैराइलेक्ट्रिक के ध्रुवीकरण द्वारा संचालित होता है, इसे परिवेश के तापमान (अतिरिक्त गर्मी को समाप्त करके) पर लौटने की अनुमति देता है, इसे ठंडा होने वाली वस्तु के संपर्क में लाता है, और अंत में इसे विध्रुवित करता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रशीतन होगा।

ट्यूनेबिलिटी

ट्यून करने योग्य परावैद्युत कुचालक होते हैं जिनकी विभव प्रायोगिक होने पर विद्युत आवेश को स्टोर करने की क्षमता बदल जाती है।^[15] सामान्यतः, स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (SrTiO
₃) का उपयोग कम तापमान पर काम करने वाले उपकरणों के लिए किया जाता है, जबकि बेरियम स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (Ba
_1−xSr
_xTiO
₃) कमरे के तापमान उपकरणों के लिए विकल्प। अन्य संभावित सामग्रियों में माइक्रोवेव परावैद्युत और कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) कंपोजिट सम्मलित हैं।^[15]^[16]^[17] 2013 में, स्ट्रोंटियम ऑक्साइड की एकल परतों के साथ इंटरलीव किए गए स्ट्रोंटियम टाइटेनेट की बहु-शीट परतों ने 125 गीगाहर्ट्ज तक संचालित करने में सक्षम एक परावैद्युत उत्पादन किया। पदार्थआणविक बीम एपिटॉक्सी के माध्यम से बनाई गई थी। दोनों में बेमेल क्रिस्टल रिक्ति है जो स्ट्रोंटियम टाइटेनेट परत के भीतर तनाव पैदा करती है जो इसे कम स्थिर और ट्यून करने योग्य बनाती है।^[15]

सिस्टम जैसे Ba
_1−xSr
_xTiO
₃ परिवेश के तापमान के ठीक नीचे एक पैराइलेक्ट्रिक-फेरोइलेक्ट्रिक संक्रमण है, जो उच्च ट्यूनेबिलिटी प्रदान करता है। फिल्मों को दोषों से उत्पन्न होने वाले महत्वपूर्ण नुकसान होते हैं।

अनुप्रयोग

संधारित्र

समानांतर प्लेट संधारित्र में आवेश पृथक्करण एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र का कारण बनता है। एक परावैद्युत (नारंगी) क्षेत्र को कम करता है और धारिता को बढ़ाता है।

व्यावसायिक रूप से निर्मित संधारित्र सामान्यतः उच्च पारगम्यता के साथ एक ठोस परावैद्युत पदार्थ का उपयोग संग्रहीत धनात्मक और ऋणात्मक आवेश के बीच के माध्यम के रूप में करते हैं। इस पदार्थ को हमेशा तकनीकी संदर्भों में संधारित्र परावैद्युत के रूप में संदर्भित किया जाता है।^[18]ऐसी परावैद्युत पदार्थ का उपयोग करने का सबसे स्पष्ट लाभ यह है कि यह सीधे विद्युत संपर्क में आने से संचालन प्लेटों को रोकता है, जिस पर आवेश संग्रहित होते हैं। अधिक महत्वपूर्ण रूप से, चूंकि, एक उच्च पारगम्यता किसी दिए गए विभव पर अधिक संग्रहीत आवेश की अनुमति देती है। यह एक समान आवेश घनत्व वाली दो संवाहक प्लेटों के बीच पारगम्यता ε और मोटाई d के साथ एक रैखिक परावैद्युत की स्थितियों का इलाज करके देखा जा सकता है। इस स्थिति में आवेश घनत्व σ_ε द्वारा दिया जाता है

\sigma _{\varepsilon }=\varepsilon {\frac {V}{d}}

और प्रति इकाई क्षेत्र की धारिता

c={\frac {\sigma _{\varepsilon }}{V}}={\frac {\varepsilon }{d}}

इससे, यह आसानी से देखा जा सकता है कि एक बड़ा अधिक आवेश संग्रहीत करता है और इस प्रकार अधिक धारिता होता है।

संधारित्र के लिए उपयोग की जाने वाली परावैद्युत पदार्थ भी इस तरह से चुनी जाती है कि वे आयनीकरण के लिए प्रतिरोधी हों। यह संधारित्र को परावैद्युत आयनित करने से पहले उच्च विभव पर संचालित करने की अनुमति देता है और अवांछनीय वर्तमान की अनुमति देना शुरू कर देता है।

परावैद्युत गुंजयमान यंत्र

एक परावैद्युत अनुनादक गुंजयमान (DRO) एक इलेक्ट्रॉनिक घटक है जो सामान्यतः माइक्रोवेव बैंड में आवृत्तियों की एक संकीर्ण सीमा के लिए ध्रुवीकरण प्रतिक्रिया की प्रतिध्वनि प्रदर्शित करता है। इसमें सिरेमिक का एक पक होता है जिसमें एक बड़ा परावैद्युत स्थिरांक और कम अपव्यय कारक होता है। ऐसे गुंजयमान यंत्र हमेशा एक अनुनादक सर्किट में आवृत्ति संदर्भ प्रदान करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। एक परिरक्षित परावैद्युत गुंजयमान यंत्र का उपयोग परावैद्युत गुंजयमान यंत्र एंटीना (DRA) के रूप में किया जा सकता है।

BST पतली फिल्में

2002 से 2004 तक, यूनाइटेड स्टेट्स सेना अनुसंधान प्रयोगशाला (ARL) ने पतली फिल्म प्रौद्योगिकी पर शोध किया। बेरियम स्ट्रोंटियम टाइटेनेट (BST), एक फेरोइलेक्ट्रिक पतली फिल्म, रेडियो फ्रीक्वेंसी और माइक्रोवेव घटकों, जैसे विभव-नियंत्रित ऑसीलेटर, ट्यून करने योग्य फिल्टर और चरण शिफ्टर्स के निर्माण के लिए अध्ययन किया गया था।^[19]अनुसंधान ब्रॉडबैंड इलेक्ट्रिक-फील्ड ट्यून करने योग्य उपकरणों के लिए सेना को अत्यधिक-ट्यून करने योग्य, माइक्रोवेव-संगत पदार्थप्रदान करने के प्रयास का हिस्सा था, जो अत्यधिक तापमान में लगातार काम करते हैं।^[20] इस काम ने बल्क बेरियम स्ट्रोंटियम टाइटेनेट की ट्यूनेबिलिटी में सुधार किया, जो इलेक्ट्रॉनिक्स घटकों के लिए एक पतली फिल्म एनेबलर है।^[21] 2004 के एक शोध पत्र में, U.S. ARL शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि कैसे स्वीकर्ता डोपेंट की छोटी सांद्रता BST जैसे फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ के गुणों को नाटकीय रूप से संशोधित कर सकती है।^[22]शोधकर्ताओं ने परिणाम की संरचना, सूक्ष्म संरचना, सतह आकारिकी और फिल्म/सब्सट्रेट संरचना गुणवत्ता का विश्लेषण करते हुए मैग्नीशियम के साथ BST पतली फिल्मों को डोप किया। Mg डोप्ड BST फिल्मों ने बेहतर परावैद्युत गुण, कम लीकेज करंट और अच्छी ट्यूनेबिलिटी दिखाई, माइक्रोवेव ट्यून करने योग्य उपकरणों में उपयोग के लिए योग्यता दिखाई।^[19]

कुछ व्यावहारिक परावैद्युत

परावैद्युत पदार्थ ठोस, तरल या गैस हो सकता है। (एक उच्च निर्वात भी उपयोगी हो सकता है,^[23] लगभग दोषरहित परावैद्युत, भले ही इसका सापेक्ष परावैद्युत स्थिरांक केवल इकाई है।)

ठोस परावैद्युत शायद इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला परावैद्युत है, और कई ठोस बहुत अच्छे कुचालक हैं। कुछ उदाहरणों में चीनी मिट्टी के बरतन, कांच और अधिकांश प्लास्टिक सम्मलित हैं। वायु, नाइट्रोजन और सल्फर हेक्साफ्लोराइड तीन सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले गैसीय परावैद्युत हैं।

पैरीलेन जैसे औद्योगिक कोटिंग्स आधार अणु और उसके पर्यावरण के बीच एक परावैद्युत अवरोध प्रदान करते हैं।
खनिज तेल का उपयोग विद्युत ट्रांसफार्मर के अंदर द्रव परावैद्युत के रूप में और शीतलन में सहायता के लिए बड़े पैमाने पर किया जाता है। उच्च परावैद्युत स्थिरांक वाले परावैद्युत तरल पदार्थ, जैसे कि विद्युत ग्रेड अरंडी का तेल , हमेशा उच्च विभव संधारित्र में कोरोना डिस्आवेश को रोकने और धारिता बढ़ाने में मदद करने के लिए उपयोग किया जाता है।
चूंकि परावैद्युत बिजली के प्रवाह का विरोध करते हैं, एक परावैद्युत की सतह फंसे हुए अतिरिक्त विद्युत आवेशों को बनाए रख सकती है। यह गलती से हो सकता है जब परावैद्युत घिस जाता है (ट्राइबोइलेक्ट्रिक प्रभाव )। यह उपयोगी हो सकता है, जैसे वैन डे ग्रैफ जनरेटर या वैद्युतकणसंचलन में, या यह संभावित रूप से विनाशकारी हो सकता है जैसे स्थिरविद्युत निर्वाह की स्थितियों में।
विशेष रूप से संसाधित परावैद्युत, जिन्हें इलेक्ट्रेट कहा जाता है (जिन्हें फेरोइलेक्ट्रिक्स के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए), अतिरिक्त आंतरिक आवेश या ध्रुवीकरण में जमे हुए हो सकते हैं। इलेक्ट्रेट्स में एक अर्ध-स्थायी विद्युत क्षेत्र होता है, और ये चुम्बक के समतुल्य इलेक्ट्रोस्टैटिक होते हैं। इलेक्ट्रेट के घर और उद्योग में कई व्यावहारिक अनुप्रयोग हैं।
कुछ परावैद्युत यांत्रिक तनाव (भौतिकी) के अधीन होने पर संभावित अंतर उत्पन्न कर सकते हैं, या (समान रूप से) भौतिक आकार बदलते हैं यदि पदार्थ में बाहरी विभव प्रायौगिक होता है। इस संपत्ति को पीजोइलेक्ट्रिसिटी कहा जाता है। पीजोइलेक्ट्रिक पदार्थ बहुत उपयोगी परावैद्युत का एक और वर्ग है।
कुछ आयनिक क्रिस्टल और बहुलक परावैद्युत एक सहज द्विध्रुवीय क्षण प्रदर्शित करते हैं, जिसे बाहरी रूप से प्रायौगिक विद्युत क्षेत्र द्वारा उलटा किया जा सकता है। इस व्यवहार को फेरोइलेक्ट्रिसिटी कहा जाता है। ये पदार्थ उस तरह के अनुरूप हैं जिस तरह से फेरोमैग्नेटिक पदार्थबाहरी रूप से प्रायौगिक चुंबकीय क्षेत्र के भीतर व्यवहार करती है। फेरोइलेक्ट्रिक पदार्थ में हमेशा बहुत अधिक परावैद्युत स्थिरांक होता है, जो उन्हें संधारित्र के लिए काफी उपयोगी बनाता है।

यह भी देखें

अनुमति#सामग्री का वर्गीकरण
अनुचुंबकत्व
क्लॉसियस-मोसोटी संबंध
ढांकता हुआ अवशोषण
ढांकता हुआ नुकसान
ढांकता हुआ ताकत
ढांकता हुआ स्पेक्ट्रोस्कोपी
ईआईए कक्षा 1 ढांकता हुआ
ईआईए कक्षा 2 ढांकता हुआ
उच्च-κढांकता हुआ
कम-κढांकता हुआ
रिसाव (इलेक्ट्रॉनिक्स)
रैखिक प्रतिक्रिया समारोह
मेटामटेरियल
आरसी देरी
घूर्णी ब्राउनियन गति
पासचेन का नियम - दबाव से संबंधित गैस की ढांकता हुआ ताकत का परिवर्तन
विभाजक (बिजली)

संदर्भ

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समरूपता अक्ष
सही कंडक्टर
प्रकाश कि गति
परावैद्युतांक
घुमाव
करणीय संबंध
आराम (भौतिकी)
नॉनलाइनियर सिस्टम
अध्यारोपण सिद्धांत
आत्म ध्यान केंद्रित
birefringence
श्यानता
टॉर्कः
टकराव
एक्सोन
विराम विभव
पदार्थफैलाव
पारद्युतिक स्थिरांक
भौतिक विज्ञान
गूंज
आराम का समय
स्थिरोष्म
गर्मी पंप
धारिता
खालीपन
चीनी मिटटी
लौहचुम्बकीय पदार्थ
पॉलीमर
परमचुंबकत्व

बाहरी संबंध

Feynman's lecture on dielectrics
Dielectric Sphere in an Electric Field
Dissemination of IT for the Promotion of Materials Science (DoITPoMS) Teaching and Learning Package "Dielectric Materials" from the University of Cambridge
Texts on Wikisource:
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- "Dielectric". Encyclopædia Britannica (in English) (11th ed.). 1911.

श्रेणी: पदार्थ में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र

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[k-15] 15.0 ^15.1 ^15.2 Lee, Che-Hui; Orloff, Nathan D.; Birol, Turan; Zhu, Ye; Goian, Veronica; Rocas, Eduard; Haislmaier, Ryan; Vlahos, Eftihia; Mundy, Julia A.; Kourkoutis, Lena F.; Nie, Yuefeng; Biegalski, Michael D.; Zhang, Jingshu; Bernhagen, Margitta; Benedek, Nicole A.; Kim, Yongsam; Brock, Joel D.; Uecker, Reinhard; Xi, X. X.; Gopalan, Venkatraman; Nuzhnyy, Dmitry; Kamba, Stanislav; Muller, David A.; Takeuchi, Ichiro; Booth, James C.; Fennie, Craig J.; Schlom, Darrell G. (2013). "Exploiting dimensionality and defect mitigation to create tunable microwave dielectrics". Nature. 502 (7472): 532–536. Bibcode:2013Natur.502..532L. doi:10.1038/nature12582. hdl:2117/21213. PMID 24132232. S2CID 4457286.

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