परावैद्युत सामर्थ्य
भौतिक विज्ञान में, परावैद्युत शक्ति शब्द के निम्नलिखित अर्थ हैं:
- एक शुद्ध विद्युत रोधक सामग्री के लिए, अधिकतम विद्युत क्षेत्र जिसे सामग्री आदर्श परिस्थितियों में बिजली के टूटने से गुजरे बिना और विद्युत प्रवाहकीय (यानी इसके इन्सुलेट गुणों की विफलता के बिना) का सामना कर सकती है।
- परावैद्युत सामग्री के एक विशिष्ट टुकड़े और इलेक्ट्रोड के स्थान के लिए, न्यूनतम लागू विद्युत क्षेत्र (यानी इलेक्ट्रोड पृथक्करण दूरी से विभाजित लागू वोल्टेज) का परिणाम टूटना है। ब्रेकडाउन वोल्टेज की यह अवधारणा है।
सामग्री की सैद्धांतिक परावैद्युत शक्ति थोक सामग्री की आंतरिक संपत्ति है और सामग्री या इलेक्ट्रोड के विन्यास से स्वतंत्र है जिसके साथ क्षेत्र लागू होता है। यह "आंतरिक परावैद्युत शक्ति" आदर्श प्रयोगशाला स्थितियों के तहत शुद्ध सामग्रियों का उपयोग करके मापा जाएगा। विखंडन पर, विद्युत क्षेत्र बंधे हुए इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करता है। यदि लगाया गया विद्युत क्षेत्र पर्याप्त रूप से उच्च है, तो पृष्ठभूमि विकिरण से मुक्त इलेक्ट्रॉनों को वेग के लिए त्वरित किया जा सकता है जो हिमस्खलन टूटने के रूप में जाने वाली प्रक्रिया में तटस्थ परमाणुओं या अणुओं के साथ टकराव से अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को मुक्त कर सकता है। ब्रेकडाउन काफी अचानक (आमतौर पर नैनोसेकंड में) होता है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री के माध्यम से एक विद्युत प्रवाहकीय पथ और एक विघटनकारी निर्वहन होता है। एक ठोस सामग्री में, एक टूटने की घटना इसकी रोधक क्षमता को गंभीर रूप से कम या नष्ट कर देती है।
बिजली का टूटना
विद्युत प्रवाह एक विद्युत क्षेत्र के कारण होने वाली सामग्री में विद्युत आवेशित कण ों का प्रवाह है। विद्युत धारा के लिए उत्तरदायी गतिशील आवेशित कण आवेश वाहक कहलाते हैं। विभिन्न पदार्थों में विभिन्न कण आवेश वाहक के रूप में कार्य करते हैं: धातुओं और अन्य ठोस पदार्थों में प्रत्येक परमाणु के कुछ बाहरी इलेक्ट्रॉन (चालन इलेक्ट्रॉन ) सामग्री के बारे में गति करने में सक्षम होते हैं; इलेक्ट्रोलाइट ्स और प्लाज्मा (भौतिकी) में यह आयन , विद्युत आवेशित परमाणु या अणु और इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक पदार्थ जिसमें चालन के लिए उपलब्ध आवेश वाहकों की उच्च सांद्रता होती है, एक दिए गए वोल्टेज द्वारा बनाए गए विद्युत क्षेत्र के साथ एक बड़े करंट का संचालन करेगा, और इस प्रकार इसकी विद्युत प्रतिरोधकता कम होती है; इसे विद्युत चालक कहते हैं। एक सामग्री जिसमें कुछ आवेश वाहक होते हैं, किसी दिए गए विद्युत क्षेत्र के साथ बहुत कम धारा का संचालन करेगी और इसकी प्रतिरोधकता अधिक होगी; इसे विद्युत् सुचालक कहा जाता है।
हालांकि, जब किसी इंसुलेटिंग पदार्थ पर एक पर्याप्त पर्याप्त विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो एक निश्चित क्षेत्र की ताकत पर सामग्री में आवेश वाहकों की सांद्रता परिमाण के कई क्रमों से अचानक बढ़ जाती है, इसलिए इसका प्रतिरोध गिर जाता है और यह एक चालक बन जाता है। इसे इलेक्ट्रिकल ब्रेकडाउन कहा जाता है। टूटने का कारण बनने वाला भौतिक तंत्र अलग-अलग पदार्थों में भिन्न होता है। एक ठोस में, यह आमतौर पर तब होता है जब विद्युत क्षेत्र इतना मजबूत हो जाता है कि बाहरी रासायनिक संयोजन इलेक्ट्रॉन ों को उनके परमाणुओं से दूर खींच लेता है, इसलिए वे मोबाइल बन जाते हैं। जिस क्षेत्र की ताकत पर टूटना होता है वह सामग्री की एक आंतरिक संपत्ति होती है जिसे इसकी ढांकता हुआ ताकत कहा जाता है।
व्यावहारिक विद्युत परिपथों में बिजली का टूटना अक्सर एक अवांछित घटना होती है, इंसुलेटिंग सामग्री की विफलता के कारण शार्ट सर्किट होता है, जिसके परिणामस्वरूप उपकरण की भयावह विफलता होती है। प्रतिरोध में अचानक गिरावट सामग्री के माध्यम से एक उच्च धारा प्रवाहित करने का कारण बनती है, और अचानक अत्यधिक जूल हीटिंग सामग्री या सर्किट के अन्य भागों को पिघलाने या विस्फोटक रूप से वाष्पित करने का कारण बन सकता है। हालाँकि, टूटना ही प्रतिवर्ती है। यदि बाहरी सर्किट द्वारा आपूर्ति की जाने वाली धारा पर्याप्त रूप से सीमित है, तो सामग्री को कोई नुकसान नहीं होता है, और लागू वोल्टेज को कम करने से सामग्री की इन्सुलेट स्थिति में संक्रमण हो जाता है।
स्पष्ट ढांकता हुआ ताकत को प्रभावित करने वाले कारक
- यह नमूना मोटाई के साथ भिन्न हो सकता है।[1] (नीचे दोष देखें)
- यह ऑपरेटिंग तापमान के साथ भिन्न हो सकता है।
- यह आवृत्ति के साथ भिन्न हो सकता है।
- गैसों (जैसे नाइट्रोजन, सल्फर हेक्साफ्लोराइड) के लिए यह सामान्य रूप से बढ़ी हुई आर्द्रता के साथ घट जाती है क्योंकि पानी में आयन प्रवाहकीय चैनल प्रदान कर सकते हैं।
- गैसों के लिए यह पास्चेन के नियम के अनुसार दबाव के साथ बढ़ता है
- हवा के लिए, निरपेक्ष आर्द्रता बढ़ने पर परावैद्युत शक्ति थोड़ी बढ़ जाती है लेकिन सापेक्षिक आर्द्रता में वृद्धि के साथ घट जाती है[2]
फील्ड स्ट्रेंथ को तोड़ें
जिस क्षेत्र की ताकत पर ब्रेक डाउन होता है, वह ढांकता हुआ (इन्सुलेटर) और उन इलेक्ट्रोडों के संबंधित ज्यामिति पर निर्भर करता है जिनके साथ विद्युत क्षेत्र लागू होता है, साथ ही लागू विद्युत क्षेत्र की वृद्धि की दर भी। क्योंकि डाइइलेक्ट्रिक सामग्री में आमतौर पर सूक्ष्म दोष होते हैं, व्यावहारिक डाइइलेक्ट्रिक शक्ति एक आदर्श, दोष-मुक्त सामग्री की आंतरिक डाइइलेक्ट्रिक ताकत से काफी कम होगी। ढांकता हुआ फिल्में समान सामग्री के मोटे नमूनों की तुलना में अधिक ढांकता हुआ ताकत प्रदर्शित करती हैं। उदाहरण के लिए, लगभग 1 माइक्रोन | माइक्रोन मोटाई वाली सिलिकॉन डाइऑक्साइड फिल्मों की ढांकता हुआ ताकत लगभग 0.5 है जीवी/एम.[3] हालाँकि बहुत पतली परतें (नीचे, कहते हैं, 100 nm) इलेक्ट्रॉन टनलिंग के कारण आंशिक रूप से प्रवाहकीय हो जाते हैं।[clarification needed] पतली डाइइलेक्ट्रिक फिल्मों की कई परतों का उपयोग किया जाता है जहां अधिकतम व्यावहारिक डाइइलेक्ट्रिक ताकत की आवश्यकता होती है, जैसे उच्च वोल्टेज संधारित्र और पल्स ट्रांसफार्मर चूंकि गैसों की ढांकता हुआ ताकत इलेक्ट्रोड के आकार और विन्यास के आधार पर भिन्न होती है,[4] इसे आमतौर पर नाइट्रोजन गैस की ढांकता हुआ ताकत के अंश के रूप में मापा जाता है।
परावैद्युत सामर्थ्य (एमवी/एम में, या 106विभिन्न सामान्य सामग्रियों के ⋅वोल्ट/मीटर):
| Substance | Dielectric strength (MV/m) or (Volts/micron) |
|---|---|
| Helium (relative to nitrogen)[5] [clarification needed] |
0.15 |
| Air[6] | 3 |
| Sulfur hexafluoride[5] | 8.5–9.8 |
| Alumina[5] | 13.4 |
| Window glass[5] | 9.8–13.8 |
| Borosilicate glass[5] | 20–40 |
| Silicone oil, mineral oil[5][7] | 10–15 |
| Benzene[5] | 163 |
| Polystyrene[5] | 19.7 |
| Polyethylene[8] | 19–160 |
| Neoprene rubber[5] | 15.7–26.7 |
| Distilled water[5] | 65–70 |
| High vacuum (200 μPa) (field emission limited)[9] |
20–40 (depends on electrode shape) |
| Fused silica[5] | 470–670 |
| Waxed paper[10] | 40–60 |
| PTFE (Teflon, extruded )[5] | 19.7 |
| PTFE (Teflon, insulating film)[5][11] | 60–173 |
| PEEK (Polyether ether ketone) | 23 |
| Mica[5] | 118 |
| Diamond[12] | 2,000 |
| PZT | 10–25[13][14] |
| Perfect vacuum | 1012 |
इकाइयां
SI में, परावैद्युत सामर्थ्य की इकाई वाल्ट प्रति मीटर (V/m) है। वोल्ट प्रति सेंटीमीटर (V/cm), मेगावोल्ट प्रति मीटर (MV/m), और इसी तरह की संबंधित इकाइयों को देखना भी आम है।
संयुक्त राज्य अमेरिका की प्रथागत इकाइयों में, परावैद्युत शक्ति को अक्सर वोल्ट प्रति तू (लंबाई) में निर्दिष्ट किया जाता है (एक मील 1/1000 इंच है)।[15] रूपांतरण है:
यह भी देखें
- वोल्टेज एकदम से नीचे आ जाना
- सापेक्ष पारगम्यता
- घूर्णी ब्राउनियन गति
- पाश्चेन का नियम - दबाव से संबंधित गैस की ढांकता हुआ ताकत का परिवर्तन
- विद्युत वृक्षारोपण
- लिचेंबर्ग आकृति
संदर्भ
- ↑ DuPont Teijin Films (2003). "Mylar polyester film" (PDF).
- ↑ Ritz, Hans (1932). "Durchschlagfeldstärke des homogenen Feldes in Luft". Archiv für Elektrotechnik. 26 (4): 219–232. doi:10.1007/BF01657189. S2CID 108697400.
- ↑ Bartzsch, Hagen; Glöß, Daniel; Frach, Peter; Gittner, Matthias; Schultheiß, Eberhard; Brode, Wolfgang; Hartung, Johannes (2009-01-21). "Electrical insulation properties of sputter-deposited SiO2, Si3N4 and Al2O3 films at room temperature and 400 °C". Physica Status Solidi A. 206 (3): 514–519. Bibcode:2009PSSAR.206..514B. doi:10.1002/pssa.200880481. S2CID 93228294.
- ↑ Lyon, David; et al. (2013). "Gap size dependence of the dielectric strength in nano vacuum gaps". IEEE. 20 (4): 1467–1471. doi:10.1109/TDEI.2013.6571470. S2CID 709782.
- ↑ 5.00 5.01 5.02 5.03 5.04 5.05 5.06 5.07 5.08 5.09 5.10 5.11 5.12 5.13 CRC Handbook of Chemistry and Physics
- ↑ Hong, Alice (2000). Elert, Glenn (ed.). "Dielectric Strength of Air". The Physics Factbook. Retrieved 2020-06-18.
- ↑ Föll, H. "3.5.1 Electrical Breakdown and Failure". Tf.uni-kiel.de. Retrieved 2020-06-18.
- ↑ Xu, Cherry (2009). Elert, Glenn (ed.). "Dielectric strength of polyethylene". The Physics Factbook. Retrieved 2020-06-18.
- ↑ Giere, Stefan; Kurrat, Michael; Schümann, Ulf. HV dielectric strength of shielding electrodes in vacuum circuit-breakers (PDF). 20th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Archived from the original (PDF) on 2012-03-01. Retrieved 2020-06-18.
- ↑ Mulyakhova, Dasha (2007). Elert, Glenn (ed.). "Dielectric strength of waxed paper". The Physics Factbook. Retrieved 2020-06-18.
- ↑ Glenn Elert. "Dielectrics - The Physics Hypertextbook". Physics.info. Retrieved 2020-06-18.
- ↑ "Electronic properties of diamond". el.angstrom.uu.se. Retrieved 2013-08-10.
- ↑ Moazzami, Reza; Chenming Hu; William H. Shepherd (September 1992). "Electrical Characteristics of Ferroelectric PZT Thin Films for DRAM Applications" (PDF). IEEE Transactions on Electron Devices. 39 (9): 2044. Bibcode:1992ITED...39.2044M. doi:10.1109/16.155876.
- ↑ B. Andersen; E. Ringgaard; T. Bove; A. Albareda & R. Pérez (2000). "Performance of Piezoelectric Ceramic Multilayer Components Based on Hard and Soft PZT". Proceedings of Actuator 2000: 419–422.
- ↑ For one of many examples, see Polyimides: materials, processing and applications, by A.J. Kirby, google books link
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