सापेक्ष पारगम्यता

Relative permittivities of some materials at room temperature under 1 kHz

Material	εr
Vacuum	1 (by definition)
Air	1.00058986±0.00000050 (at STP, 900 kHz),
PTFE/Teflon	2.1
Polyethylene/XLPE	2.25
Polyimide	3.4
Polypropylene	2.2–2.36
Polystyrene	2.4–2.7
Carbon disulfide	2.6
BoPET	3.1
Paper, printing	1.4 (200 kHz)
Electroactive polymers	2–12
Mica	3–6
Silicon dioxide	3.9
Sapphire	8.9–11.1 (anisotropic)
Concrete	4.5
Pyrex (glass)	4.7 (3.7–10)
Neoprene	6.7
Natural rubber	7
Diamond	5.5–10
Salt	3–15
Graphite	10–15
Silicone rubber	2.9–4
Silicon	11.68
GaAs	12.4
Silicon nitride	7–8 (polycrystalline, 1 MHz)
Ammonia	26, 22, 20, 17 (−80, −40, 0, +20 °C)
Methanol	30
Ethylene glycol	37
Furfural	42.0
Glycerol	41.2, 47, 42.5 (0, 20, 25 °C)
Water	87.9, 80.2, 55.5 (0, 20, 100 °C) for visible light: 1.77
Hydrofluoric acid	175, 134, 111, 83.6 (−73, −42, −27, 0 °C),
Hydrazine	52.0 (20 °C),
Formamide	84.0 (20 °C)
Sulfuric acid	84–100 (20–25 °C)
Hydrogen peroxide	128 aqueous–60 (−30–25 °C)
Hydrocyanic acid	158.0–2.3 (0–21 °C)
Titanium dioxide	86–173
Strontium titanate	310
Barium strontium titanate	500
Barium titanate	1200–10,000 (20–120 °C)
Lead zirconate titanate	500–6000
Conjugated polymers	1.8–6 up to 100,000
Calcium copper titanate	>250,000

जल की सापेक्ष स्थिर पारगम्यता की तापमान निर्भरता

सापेक्ष पारगम्यता (प्राचीन ग्रंथों में, परावैद्युत स्थिरांक) निर्वात पारगम्यता के अनुपात के रूप में व्यक्त की गई पदार्थ की पारगम्यता है। परावैद्युत एक रोधक पदार्थ है, और एक अवरोधक का परावैद्युत स्थिरांक विद्युत क्षेत्र में विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए अवरोधक की क्षमता को मापता है।

परावैद्युतांक एक पदार्थ की गुण है जो पदार्थ में दो बिंदु आवेशों के बीच कूलम्ब बल को प्रभावित करती है। सापेक्ष पारगम्यता वह कारक है जिसके द्वारा आवेशों के बीच विद्युत क्षेत्र निर्वात के सापेक्ष कम हो जाता है।

इसी प्रकार, सापेक्ष पारगम्यता संधारित्र के धारिता का अनुपात है जो उस पदार्थ को परावैद्युत के रूप में उपयोग करता है, एक समान संधारित्र की तुलना में जिसके परावैद्युत निर्वात होता है। सापेक्ष पारगम्यता को सामान्यतः परावैद्युत स्थिरांक के रूप में जाना जाता है, एक शब्द अभी भी उपयोग किया जाता है परन्तु अभियान्त्रिकी के साथ-साथ रसायन विज्ञान में मानक संगठनों द्वारा बहिष्कृत किया जाता है।

परिभाषा

सापेक्ष पारगम्यता को सामान्यतः ε_r(ω) (कभी-कभी κ, लोअरकेस रूई) के रूप में निरूपित किया जाता है और इसे

$\varepsilon _{r}(\omega )={\frac {\varepsilon (\omega )}{\varepsilon _{0}}},$

रूप में परिभाषित किया जाता है, जहां ε (ω) पदार्थ की जटिल संख्या आवृत्ति-निर्भर पारगम्यता है, और ε₀ निर्वात पारगम्यता है।

सापेक्ष पारगम्यता आयाम रहित मात्रा संख्या है जो सामान्य जटिल संख्या में है। जटिल-मानित; इसके वास्तविक और काल्पनिक भागों को इस प्रकार दर्शाया गया है:

$\varepsilon _{r}(\omega )=\varepsilon _{r}'(\omega )-i\varepsilon _{r}''(\omega ).$

एक माध्यम की सापेक्ष पारगम्यता इसकी विद्युत संवेदनशीलता χ_e, ε_r(ω) = 1 + χ_e के रूप में संबंधित है।

विषमदैशिक मीडिया (जैसे कि गैर घन क्रिस्टल) में सापेक्ष पारगम्यता एक दूसरा पद प्रदिश है।

शून्य की आवृत्ति के लिए किसी पदार्थ की सापेक्ष पारगम्यता को उसकी स्थैतिक सापेक्ष पारगम्यता के रूप में जाना जाता है।

शब्दावली

सापेक्ष पारगम्यता के लिए ऐतिहासिक शब्द परावैद्युत स्थिरांक है। यह अभी भी सामान्य रूप से उपयोग किया जाता है, परन्तु मानक संगठनों द्वारा बहिष्कृत कर दिया गया है, इसकी अस्पष्टता के कारण, जैसा कि कुछ प्राचीन रिपोर्टों ने इसे पूर्ण पारगम्यता ε के लिए उपयोग किया था। पारगम्यता को या तो स्थिर गुण या आवृत्ति-निर्भर संस्करण के रूप में उद्धृत किया जा सकता है, इस स्थिति में इसे परावैद्युत प्रकार्य के रूप में भी जाना जाता है। इसका उपयोग जटिल-मानित सापेक्ष पारगम्यता के मात्र वास्तविक घटक ε'_r को संदर्भित करने के लिए भी किया गया है।

भौतिकी

तरंगों के कारण सिद्धांत में, पारगम्यता एक जटिल मात्रा है। काल्पनिक भाग ध्रुवीकरण के एक चरण बदलाव से मेल खाता है P के सापेक्ष E और माध्यम से गुजरने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों के क्षीणन की ओर जाता है। परिभाषा के अनुसार, रैखिक सापेक्ष निर्वात पारगम्यता 1 के बराबर है, जो कि ε = ε है₀, यद्यपि निर्वात में सैद्धांतिक अरेखीय क्वांटम प्रभाव होते हैं जो उच्च क्षेत्र के सामर्थ्य पर गैर-नगण्य हो जाते हैं।

निम्न तालिका कुछ विशिष्ट मान देती है।

कुछ सामान्य विलायक की कम आवृत्ति सापेक्ष पारगम्यता

विलायक		सापेक्ष पारगम्यता	तापमान
C6H6	बेंजीन	2.3	298 K (25 °C)
Et2O	डाइएथिल ईथर	4.3	293 K (20 °C)
(CH2) 4O	टेट्राहाइड्रोफ्यूरान (टीएचएफ)	7.6	298 K (25 °C)
CH2Cl2	क्लोरोमीथेनडाई	9.1	293 K (20 °C)
NH3 (liq)	तरल अमोनिया	17	273 K (0 °C)
C2H5OH	इथेनॉल	24.3	298 K (25 °C)
CH3OH	मेथनॉल	32.7	298 K (25 °C)
CH3NO2	नाईट्रोमीथेन	35.9	303 K (30 °C)
HCONMe2	डाइमिथाइल फॉर्मामाइड (डीएमएफ)	36.7	298 K (25 °C)
CH3CN	एसीटोनाइट्राइल	37.5	293 K (20 °C)
H2O	जल	78.4	298 K (25 °C)
HCONH2	फॉर्मामाइड	109	293 K (20 °C)

हिम की सापेक्ष कम आवृत्ति की पारगम्यता ~ 95 है, जो उच्च आवृत्ति पर 3.15 तक गिरती है।

नाप

सापेक्ष स्थिर पारगम्यता, ε_r, स्थैतिक विद्युत क्षेत्रों के लिए निम्नानुसार मापा जा सकता है: प्रथम परीक्षण संधारित्र की धारिता, C₀, इसकी प्लेटों के बीच निर्वात से मापा जाता है। फिर, उसी संधारित्र और उसकी प्लेटों के बीच की दूरी का उपयोग करके, प्लेटों के बीच एक परावैद्युत के साथ धारिता C को मापा जाता है। सापेक्ष पारगम्यता की गणना तब

$\varepsilon _{r}={\frac {C}{C_{0}}}$ के रूप में की जा सकती है।

समय-भिन्न विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के लिए, यह मात्रा आवृत्ति-निर्भर हो जाती है। ε_r की गणना करने के लिए अप्रत्यक्ष तकनीक रेडियो आवृत्ति एस पैरामीटर माप परिणामों का रूपांतरण है। परावैद्युत के आवृत्ति-निर्भर ε_r के निर्धारण के लिए प्रायः उपयोग किए जाने वाले एस-पैरामीटर रूपांतरणों का विवरण इस ग्रन्थात्मक सूची स्रोत में पाया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, अनुनाद आधारित प्रभावों को निश्चित आवृत्तियों पर नियोजित किया जा सकता है।

अनुप्रयोग

ऊर्जा

संधारित्र को डिजाइन करते समय, और अन्य परिस्थितियों में जहां पदार्थ से परिपथ में धारिता प्रस्तुत करने की अपेक्षित की जा सकती है, सापेक्ष पारगम्यता सूचना का आवश्यक टुकड़ा है। यदि एक उच्च सापेक्ष पारगम्यता वाली पदार्थ को विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, तो उस क्षेत्र का परिमाण परावैद्युत आयतन के भीतर औसत रूप से कम हो जाएगा। यह तथ्य सामान्यतः एक विशेष संधारित्र डिजाइन के धारिता को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाता है। मुद्रित परिपथ बोर्डों में निक्षारित संवाहक के नीचे की परतें भी परावैद्युत के रूप में कार्य करती हैं।

संचार

परावैद्युत का उपयोग रेडियो आवृति (RF) संचरण लाइनों में किया जाता है। एक समाक्षीय केबल में, केंद्रीय संवाहक और बाहरी ढाल के बीच पॉलिएथिलीन का उपयोग किया जा सकता है। इसे परावैद्युत तरंग पथक यंत्र फिल्टर बनाने के लिए तरंग पथक के भीतर भी रखा जा सकता है। प्रकाशिक तंतु परावैद्युत तरंग पथक के उदाहरण हैं। वे परावैद्युत पदार्थ होते हैं जो निरर्थक रूप से अशुद्धियों से ढके होते हैं ताकि अनुप्रस्थ काट के भीतर ε_r के यथार्थ मान को नियंत्रित किया जा सके। यह पदार्थ के अपवर्तक सूचकांक को नियंत्रित करता है और इसलिए संचरण के प्रकाशीय विधा भी। यद्यपि, इन स्थितियों में यह तकनीकी रूप से सापेक्ष पारगम्यता है जो मायने रखती है, क्योंकि वे स्थिर वैद्युत सीमा में संचालित नहीं होती हैं।

पर्यावरण

वायु की सापेक्ष पारगम्यता तापमान, आर्द्रता और बैरोमीटर के दबाव के साथ बदलती है। सापेक्ष पारगम्यता में परिवर्तन के कारण धारिता में परिवर्तन का पता लगाने के लिए संवेदक का निर्माण किया जा सकता है। इस परिवर्तन में से अधिकांश तापमान और आर्द्रता के प्रभाव के कारण होता है क्योंकि बैरोमीटर का दबाव अत्यधिक स्थिर होता है। मापा तापमान के साथ-साथ धारिता परिवर्तन का उपयोग करके, अभियान्त्रिकी सूत्रों का उपयोग करके सापेक्ष आर्द्रता प्राप्त की जा सकती है।

रसायन विज्ञान

एक विलायक की सापेक्ष स्थिर पारगम्यता इसकी रासायनिक ध्रुवीयता का सापेक्ष माप है। उदाहरण के लिए, जल (अणु) बहुत ध्रुवीय है, और 20 डिग्री सेल्सियस पर 80.10 की सापेक्ष स्थिर पारगम्यता है, जबकि एन-हेक्सेन गैर-ध्रुवीय है, और 20 डिग्री सेल्सियस पर 1.89 की सापेक्ष स्थिर पारगम्यता है। विश्लेषणात्मक रसायन शास्त्र में पृथक्करण, प्रतिदर्श तैयार करने और क्रोमैटोग्राफी तकनीकों को डिजाइन करते समय यह जानकारी महत्वपूर्ण है।

यद्यपि, सहसंबंध को सावधानी के साथ व्यवहार किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, डाइक्लोरोमीथेन का मान 9.08 (20 डिग्री सेल्सियस) का ε_r है और जल में अपूर्णतः घुलनशील है (13 ग्राम/ली या 9.8 एमएल/एल 20 डिग्री सेल्सियस पर) ; उसी समय, टेट्राहाइड्रोफ्यूरान का ε_r =7.52 22 डिग्री सेल्सियस पर होता है, परन्तु यह जल के साथ पूर्ण रूप से मिश्रणीय है। टेट्राहाइड्रोफ्यूरान की स्थिति में, ऑक्सीजन परमाणु हाइड्रोजन बंध ग्राही के रूप में कार्य कर सकता है; जबकि डाइक्लोरोमीथेन जल के साथ हाइड्रोजन बंध नहीं बना सकता है।

एसीटिक अम्ल (6.2528) और आयोडोइथेन (7.6177) के ε_r मानों की तुलना करते समय यह और भी उल्लेखनीय है। दूसरी स्थिति में ε_r का बड़ा संख्यात्मक मान आश्चर्यजनक नहीं है, क्योंकि आयोडीन परमाणु सरलता से ध्रुवीकरण योग्य है; फिर भी, इसका तात्पर्य यह नहीं है कि यह ध्रुवीय भी है (इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण इस स्थिति में अभिविन्यासी पर प्रबल होता है)।

हानिपूर्ण माध्यम

फिर से, हानिपूर्ण माध्यम के समान, हानिपूर्ण पदार्थ के सापेक्ष पारगम्यता को इस प्रकार तैयार किया जा सकता है:

$\varepsilon _{r}=\varepsilon _{r}'-{\frac {i\sigma }{\omega \varepsilon _{0}}},$

परावैद्युत चालकता σ (यूनिट S/m, सीमेंस (यूनिट) प्रति मीटर) के संदर्भ में, जो पदार्थ के सभी क्षयकारी प्रभावों का योग करता है; यह वास्तविक विद्युत चालकता का प्रतिनिधित्व कर सकता है | विद्युत चालकता आवेश वाहकों के अभिगामी के कारण होती है और यह ε′ [वास्तविक-मानित पारगम्यता] के फैलाव से जुड़ी ऊर्जा हानि का भी उल्लेख कर सकती हैपी. 8)। कोणीय आवृत्ति ω = 2πc/λ और विद्युत स्थिरांक ε₀ = 1/m₀c² का विस्तार करना, जो कम हो जाता है:

$\varepsilon _{r}=\varepsilon _{r}'-i\sigma \lambda \kappa ,$

जहाँ λ तरंगदैर्घ्य है, c निर्वात में प्रकाश की गति है और κ = µ₀c/2π = 59.95849 Ω ≈ 60.0 Ω नवीन आरंभ किया गया स्थिरांक है (इकाई ओम, या पारस्परिक सीमेंस (इकाई), जैसे कि σλκ = ε_r इकाई रहित रहता है)।

धातु

पारगम्यता सामान्यतः परावैद्युत पदार्थ से जुड़ी होती है, यद्यपि धातुओं को प्रभावी पारगम्यता के रूप में वर्णित किया जाता है, जिसमें वास्तविक सापेक्ष पारगम्यता एक के बराबर होती है। कम आवृत्ति वाले क्षेत्र में, जो रेडियो आवृत्तियों से सुदूर अवरक्त और टेराहर्ट्ज़ विकिरण क्षेत्र तक फैला हुआ है, इलेक्ट्रॉन गैस की प्लाज्मा आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय प्रसार आवृत्ति से बहुत अधिक होती है, इसलिए धातु का अपवर्तक सूचकांक n लगभग शुद्ध रूप से काल्पनिक संख्या है। कम आवृत्ति प्रवृत्ति में, प्रभावी सापेक्ष पारगम्यता भी लगभग विशुद्ध रूप से काल्पनिक है: इसमें चालकता से संबंधित बहुत बड़ा काल्पनिक मान और तुलनात्मक रूप से नगण्य वास्तविक मान है।

यह भी देखें

• क्यूरी तापमान
• परावैद्युत स्पेक्ट्रोस्कोपी
• परावैद्युत सामर्थ्य
• इलेक्ट्रेट
• लोहविद्युत
• ग्रीन-कुबो संबंध
• उच्च-κ परावैद्युत
• क्रेमर्स-क्रोनिग संबंध
• रैखिक प्रतिक्रिया प्रकार्य
• कम-κ परावैद्युत
• हानि वाली स्पर्शरेखा
• परावैद्युतांक
• अपवर्तक सूचकांक
• पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व)