सापेक्ष पारगम्यता

ढांकता हुआ स्थिरांक (पारद्युतिक स्थिरांक) एक भौतिक मात्रा है जो निर्वात की तुलना में इस पदार्थ में विद्युत संपर्क की ताकतों को कम करने की किसी पदार्थ की क्षमता को दर्शाती है। इस प्रकार, डी.पी. दर्शाता है कि निर्वात की तुलना में पदार्थ में विद्युत संपर्क की ताकतें कितनी गुना कम हैं।

डी. पी. - एक विशेषता जो ढांकता हुआ पदार्थ की संरचना पर निर्भर करती है। विद्युत क्षेत्र में किसी भी पदार्थ के इलेक्ट्रॉन, आयन, परमाणु, अणु या उनके अलग-अलग हिस्से और बड़े हिस्से ध्रुवीकृत होते हैं (ध्रुवीकरण देखें), जिससे बाहरी विद्युत क्षेत्र आंशिक रूप से निष्क्रिय हो जाता है। यदि विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति पदार्थ के ध्रुवीकरण के समय के अनुरूप है, तो आवृत्तियों की एक निश्चित सीमा में फैलाव प्रभाव का फैलाव होता है, अर्थात, आवृत्ति पर इसके परिमाण की निर्भरता (फैलाव देखें)। किसी पदार्थ की डीपी परमाणुओं और अणुओं के विद्युत गुणों और उनकी पारस्परिक व्यवस्था, यानी पदार्थ की संरचना दोनों पर निर्भर करती है। इसलिए, डी. पी. की परिभाषा या आसपास की स्थितियों के आधार पर इसके परिवर्तनों का उपयोग किसी पदार्थ की संरचना और विशेष रूप से शरीर के विभिन्न ऊतकों (जैविक प्रणालियों की विद्युत चालकता देखें) के अध्ययन में किया जाता है।

विभिन्न पदार्थों (डाइलेक्ट्रिक्स) में, उनकी संरचना और एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर, डी.पी. (तालिका) के अलग-अलग मान होते हैं।

मेज़। कुछ पदार्थों की पारगम्यता का मान

चिकित्सा के लिए विशेष महत्व - बायोल, अनुसंधान डी. और का अध्ययन है। ध्रुवीय द्रवों में. उनका विशिष्ट प्रतिनिधि पानी है, जिसमें द्विध्रुव होते हैं जो द्विध्रुव और क्षेत्र के आवेशों के बीच परस्पर क्रिया के कारण विद्युत क्षेत्र में उन्मुख होते हैं, जिससे द्विध्रुव या ओरिएंटेशनल ध्रुवीकरण की उपस्थिति होती है। पानी के डी.पी. का उच्च मान (t°20° पर 80) इसमें विभिन्न रसायनों के पृथक्करण की उच्च डिग्री निर्धारित करता है। पदार्थ और लवण, टू-टी, क्षार और अन्य यौगिकों की अच्छी घुलनशीलता (पृथक्करण, इलेक्ट्रोलाइट्स देखें)। पानी में इलेक्ट्रोलाइट की सांद्रता में वृद्धि के साथ, इसके DP का मान कम हो जाता है (उदाहरण के लिए, मोनोवैलेंट इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए, नमक की सांद्रता में 0.1 M की वृद्धि के साथ पानी की DP एक घट जाती है)।

बहुसंख्यक बायोल, वस्तुएं विषम डाइलेक्ट्रिक्स से संबंधित हैं। बायोल आयनों की परस्पर क्रिया में, विद्युत क्षेत्र के साथ वस्तु के खंड की सीमाओं का ध्रुवीकरण आवश्यक मूल्य रखता है (देखें। झिल्ली जैविक )। ध्रुवीकरण का परिमाण जितना अधिक होगा, विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति उतनी ही कम होगी। इंटरफ़ेस बायोल के ध्रुवीकरण के बाद से, वस्तु आयनों के लिए उनकी पारगम्यता (देखें) पर निर्भर करती है, यह स्पष्ट है कि प्रभावी डी. पी. काफी हद तक झिल्ली की स्थिति से निर्धारित होता है।

चूंकि जैविक जैसी जटिल विषम वस्तु के ध्रुवीकरण की एक अलग प्रकृति (एकाग्रता, मैक्रोस्ट्रक्चरल, ओरिएंटेशनल, आयनिक, इलेक्ट्रॉनिक, आदि) होती है, इसलिए यह स्पष्ट हो जाता है कि बढ़ती आवृत्ति के साथ, डी.पी. (फैलाव) में परिवर्तन होता है। तीव्र रूप से व्यक्त किया गया. परंपरागत रूप से, डी. फैलाव फैलाव के तीन क्षेत्र हैं: अल्फा फैलाव (1 किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों पर), बीटा फैलाव (कई किलोहर्ट्ज़ से दसियों मेगाहर्ट्ज तक की आवृत्ति), और गामा फैलाव (10 9 हर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों); बायोल में, वस्तुओं में फैलाव के क्षेत्रों के बीच आमतौर पर कोई स्पष्ट सीमा नहीं होती है।

बायोल का कहना है कि फंकट्स के बिगड़ने पर, ऑब्जेक्ट डी का कम आवृत्तियों पर आइटम का फैलाव पूरी तरह से गायब होने (ऊतक मृत्यु पर) तक कम हो जाता है। उच्च आवृत्तियों पर, डी.पी. का परिमाण महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदलता है।

डी.पी. को एक विस्तृत आवृत्ति रेंज पर मापा जाता है और, आवृत्ति रेंज के आधार पर, माप के तरीके भी महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं। 1 हर्ट्ज से कम विद्युत प्रवाह की आवृत्तियों पर, परीक्षण पदार्थ से भरे संधारित्र को चार्ज या डिस्चार्ज करने की विधि का उपयोग करके माप किया जाता है। समय पर चार्जिंग या डिस्चार्जिंग करंट की निर्भरता को जानकर, न केवल कैपेसिटर की विद्युत क्षमता का मूल्य निर्धारित करना संभव है, बल्कि इसमें होने वाले नुकसान भी निर्धारित करना संभव है। डी. की माप के लिए 1 से 3 10 8 हर्ट्ज़ की आवृत्तियों पर और। विशेष अनुनाद और पुल विधियों का उपयोग किया जाता है, जो सबसे पूर्ण और बहुमुखी तरीके से विभिन्न पदार्थों के डी में परिवर्तनों की व्यापक जांच करना संभव बनाता है।

मेडिकल - बायोल में, शोध अक्सर मापे गए आकारों की सीधी रीडिंग के साथ प्रत्यावर्ती धारा के सममित पुलों का उपयोग करते हैं।

ग्रंथ सूची:डाइलेक्ट्रिक्स और अर्धचालकों का उच्च-आवृत्ति हीटिंग, एड। ए. वी. नेतुशिला, एम. - एल., 1959, ग्रंथ सूची; एडुनोव बी.आई. और फ्रान टू-के और मी-एन ऑफ ई सी टू और वाई डी. ए. जैविक वस्तुओं का ढांकता हुआ स्थिरांक, यूएसपी के साथ। भौतिक विज्ञान, खंड 79, सी. 4, पृ. 617, 1963, ग्रंथ सूची; जीव विज्ञान और चिकित्सा में इलेक्ट्रॉनिक्स और साइबरनेटिक्स, ट्रांस। अंग्रेजी से, एड. पी. के. अनोखिन, पी. 71, एम., 1963, ग्रंथ सूची; ईएम एफ. ढांकता हुआ माप, ट्रांस। जर्मन से, एम., 1967, ग्रंथ सूची।

व्याख्यान #19

1. गैसीय, तरल और ठोस ढांकता हुआ की विद्युत चालकता की प्रकृति

ढांकता हुआ स्थिरांक

सापेक्ष पारगम्यता, या पारगम्यता εढांकता हुआ के सबसे महत्वपूर्ण मैक्रोस्कोपिक विद्युत मापदंडों में से एक है। ढांकता हुआ स्थिरांकε विद्युत क्षेत्र में ध्रुवीकरण करने के लिए ढांकता हुआ की क्षमता को मात्रात्मक रूप से चित्रित करता है, और इसकी ध्रुवता की डिग्री का भी मूल्यांकन करता है; ε किसी दिए गए तापमान और विद्युत वोल्टेज की आवृत्ति पर ढांकता हुआ सामग्री का स्थिरांक है और यह दर्शाता है कि एक ढांकता हुआ संधारित्र का चार्ज वैक्यूम वाले समान आकार के संधारित्र के चार्ज से कितनी गुना अधिक है।

ढांकता हुआ स्थिरांक उत्पाद की विद्युत धारिता (संधारित्र, केबल इन्सुलेशन, आदि) का मूल्य निर्धारित करता है। फ्लैट कैपेसिटर कैपेसिटेंस के लिए साथ,Ф, सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है (1)

जहां S मापने वाले इलेक्ट्रोड का क्षेत्र है, मी 2 ; h ढांकता हुआ की मोटाई है, मी। यह सूत्र (1) से देखा जा सकता है कि मान जितना अधिक होगा ε ढांकता हुआ उपयोग किया जाता है, समान आयाम वाले संधारित्र की धारिता जितनी अधिक होगी। बदले में, विद्युत धारिता C सतह आवेश के बीच आनुपातिकता का गुणांक है क्यूके,संचित संधारित्र, और उस पर लागू विद्युत वोल्टेज

कताई यू(2):

सूत्र (2) से यह निष्कर्ष निकलता है कि विद्युत आवेश क्यूके,संधारित्र द्वारा संचित मान के समानुपाती होता है ε ढांकता हुआ. जानने QKसंधारित्र के geometric आयाम, आप निर्धारित कर सकते हैं ε किसी दिए गए वोल्टेज के लिए ढांकता हुआ सामग्री।

आवेश निर्माण की क्रियाविधि पर विचार करें QKएक ढांकता हुआ संधारित्र के इलेक्ट्रोड पर और कौन से घटक इस चार्ज को बनाते हैं। ऐसा करने के लिए, हम समान ज्यामितीय आयामों के दो फ्लैट कैपेसिटर लेते हैं: एक वैक्यूम के साथ, दूसरा एक ढांकता हुआ से भरे इंटरइलेक्ट्रोड स्थान के साथ, और उन पर समान वोल्टेज लागू करते हैं। यू(चित्र .1)। पहले संधारित्र के इलेक्ट्रोड पर एक चार्ज बनता है प्र0, दूसरे के इलेक्ट्रोड पर - QK. बदले में, चार्ज करें QKआरोपों का योग है प्र0और क्यू(3):

शुल्क क्यूसतह घनत्व σ 0 के साथ संधारित्र के इलेक्ट्रोड पर बाहरी चार्ज जमा होने से बाहरी क्षेत्र E0 द्वारा 0 का निर्माण होता है। क्यू- यह संधारित्र के इलेक्ट्रोड पर एक अतिरिक्त चार्ज है, जो ढांकता हुआ की सतह पर बने बाध्य चार्ज की भरपाई के लिए विद्युत वोल्टेज स्रोत द्वारा बनाया गया है।

एक समान रूप से ध्रुवीकृत ढांकता हुआ में, आवेश क्यूबाध्य आवेशों की सतह घनत्व से मेल खाती है σ। आवेश σ एक क्षेत्र E sz बनाता है, जो क्षेत्र E O के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।

विचारित ढांकता हुआ की पारगम्यता को चार्ज अनुपात के रूप में दर्शाया जा सकता है QKचार्ज करने के लिए ढांकता हुआ से भरा एक संधारित्र प्र0वैक्यूम के साथ वही संधारित्र (3):

सूत्र (3) से यह पता चलता है कि परमिटिटिविटी ε - मान आयामहीन है, और किसी भी ढांकता हुआ के लिए यह एकता से अधिक है; निर्वात के मामले में ε = 1. सुविचारित उदाहरण से भी

यह देखा जा सकता है कि ढांकता हुआ के साथ संधारित्र के इलेक्ट्रोड पर चार्ज घनत्व ε वैक्यूम के साथ संधारित्र के इलेक्ट्रोड पर चार्ज घनत्व और दोनों के लिए समान वोल्टेज पर तीव्रता से कई गुना अधिक

उनके कैपेसिटर समान हैं और केवल वोल्टेज के परिमाण पर निर्भर करते हैं यूऔर इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी (ई = यू/एच)।

सापेक्ष पारगम्यता के अतिरिक्त ε अंतर करना निरपेक्ष पारगम्यता ε ए, एफ/एम, (4)

जिसका कोई भौतिक अर्थ नहीं है और इसका उपयोग इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में किया जाता है।

तापमान में 1 K की वृद्धि के साथ पारगम्यता εr में सापेक्ष परिवर्तन को पारगम्यता का तापमान गुणांक कहा जाता है।

TKε = 1/ εr d εr/dT K-1 20°C पर हवा के लिए TK εr = -2.10-6K-

फेरोइलेक्ट्रिक्स में विद्युत उम्र बढ़ने को समय के साथ εr में कमी के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसका कारण डोमेन की पुनर्व्यवस्था है।

क्यूरी बिंदु के करीब तापमान पर समय के साथ पारगम्यता में विशेष रूप से तीव्र परिवर्तन देखा जाता है। फेरोइलेक्ट्रिक्स को क्यूरी बिंदु से ऊपर के तापमान पर गर्म करना और बाद में ठंडा करना εr को उसके पिछले मान पर लौटा देता है। ढांकता हुआ पारगम्यता की वही बहाली फेरोइलेक्ट्रिक को बढ़ी हुई तीव्रता के विद्युत क्षेत्र में उजागर करके की जा सकती है।

जटिल डाइलेक्ट्रिक्स के लिए - पहले सन्निकटन में अलग-अलग εr के साथ दो घटकों का एक यांत्रिक मिश्रण: εrx = θ1 εr1x θ εr2x, जहां θ मिश्रण घटकों की वॉल्यूमेट्रिक एकाग्रता है, εr मिश्रण घटक की सापेक्ष पारगम्यता है।

ढांकता हुआ ध्रुवीकरण निम्न कारणों से हो सकता है: यांत्रिक भार (पीजोइलेक्ट्रिक्स में पीजोपोलराइजेशन); हीटिंग (पायरोइलेक्ट्रिक्स में पायरोपोलराइजेशन); प्रकाश (फोटोपोलराइजेशन)।

विद्युत क्षेत्र E में ढांकता हुआ की ध्रुवीकृत अवस्था को प्रति इकाई आयतन में एक विद्युत क्षण, ध्रुवीकरण Р, C/m2 द्वारा दर्शाया जाता है, जो इसकी सापेक्ष पारगम्यता से संबंधित है जैसे: Р = e0 (उदाहरण - 1)Е, जहां e0 = 8.85∙10-12 एफ/एम. उत्पाद e0∙उदाहरण =e, F/m, को पूर्ण पारगम्यता कहा जाता है। गैसीय डाइलेक्ट्रिक्स में, उदाहरण के लिए 1.0 से थोड़ा भिन्न होता है, गैर-ध्रुवीय तरल और ठोस में यह 1.5 - 3.0 तक पहुंच जाता है, ध्रुवीय में इसका बड़ा मान होता है; आयनिक क्रिस्टल में, उदाहरण के लिए - 5-एमओ, और पेरोव्स्काइट क्रिस्टल जाली वाले क्रिस्टल में यह 200 तक पहुंच जाता है; फेरोइलेक्ट्रिक्स में उदाहरण के लिए - 103 और अधिक।

गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स में, उदाहरण के लिए बढ़ते तापमान के साथ थोड़ा कम हो जाता है, ध्रुवीय में परिवर्तन एक या दूसरे प्रकार के ध्रुवीकरण की प्रबलता से जुड़े होते हैं, आयनिक क्रिस्टल में यह बढ़ जाता है, क्यूरी तापमान पर कुछ फेरोइलेक्ट्रिक्स में यह 104 और अधिक तक पहुंच जाता है। तापमान परिवर्तन उदाहरण के लिए तापमान गुणांक द्वारा विशेषता है। ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के लिए, एक विशिष्ट विशेषता आवृत्ति रेंज में कमी है, जहां ध्रुवीकरण के लिए समय टी टी/2 के अनुरूप है।

ऐसी ही जानकारी.

एक संधारित्र की धारिता, जैसा कि अनुभव से पता चलता है, न केवल उसके घटक कंडक्टरों के आकार, आकृति और सापेक्ष स्थिति पर निर्भर करती है, बल्कि इन कंडक्टरों के बीच की जगह को भरने वाले ढांकता हुआ गुणों पर भी निर्भर करती है। निम्नलिखित प्रयोग का उपयोग करके ढांकता हुआ का प्रभाव स्थापित किया जा सकता है। हम एक फ्लैट कैपेसिटर को चार्ज करते हैं और एक इलेक्ट्रोमीटर की रीडिंग नोट करते हैं जो कैपेसिटर पर वोल्टेज को मापता है। आइए फिर एक अनावेशित एबोनाइट प्लेट को संधारित्र में ले जाएं (चित्र 63)। हम देखेंगे कि प्लेटों के बीच संभावित अंतर काफ़ी कम हो जाएगा। यदि आप एबोनाइट को हटा दें तो इलेक्ट्रोमीटर की रीडिंग समान हो जाती है। इससे पता चलता है कि जब हवा को एबोनाइट द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, तो संधारित्र की धारिता बढ़ जाती है। एबोनाइट के स्थान पर कोई अन्य परावैद्युत पदार्थ लेने पर हमें समान परिणाम प्राप्त होगा, लेकिन केवल संधारित्र की धारिता में परिवर्तन भिन्न होगा। यदि - संधारित्र की धारिता, जिसकी प्लेटों के बीच एक निर्वात है, और - उसी संधारित्र की धारिता, जब प्लेटों के बीच का पूरा स्थान, बिना वायु अंतराल के, किसी प्रकार के ढांकता हुआ से भरा होता है, तो धारिता धारिता से कई गुना अधिक होगा, जो केवल ढांकता हुआ की प्रकृति पर निर्भर करता है। इस प्रकार, कोई भी लिख सकता है

चावल। 63. एक संधारित्र की धारिता तब बढ़ जाती है जब एक एबोनाइट प्लेट को उसकी प्लेटों के बीच धकेला जाता है। इलेक्ट्रोमीटर की चादरें गिर जाती हैं, हालाँकि चार्ज वही रहता है

मान को सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक या बस माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक कहा जाता है जो संधारित्र प्लेटों के बीच की जगह को भरता है। तालिका में। 1 कुछ पदार्थों की पारगम्यता के मान को दर्शाता है।

तालिका 1. कुछ पदार्थों का ढांकता हुआ स्थिरांक

उपरोक्त न केवल एक फ्लैट कैपेसिटर के लिए, बल्कि किसी भी आकार के कैपेसिटर के लिए भी सच है: किसी प्रकार के ढांकता हुआ के साथ हवा को प्रतिस्थापित करके, हम कैपेसिटर की कैपेसिटेंस को 1 के कारक से बढ़ाते हैं।

कड़ाई से बोलते हुए, एक संधारित्र की धारिता केवल एक कारक से बढ़ती है यदि एक प्लेट से दूसरे तक जाने वाली सभी क्षेत्र रेखाएं दिए गए ढांकता हुआ से होकर गुजरती हैं। उदाहरण के लिए, यह एक संधारित्र होगा जो पूरी तरह से किसी प्रकार के तरल ढांकता हुआ में डूबा हुआ है, जिसे एक बड़े बर्तन में डाला जाता है। हालाँकि, यदि प्लेटों के बीच की दूरी उनके आयामों की तुलना में छोटी है, तो यह माना जा सकता है कि यह केवल प्लेटों के बीच की जगह को भरने के लिए पर्याप्त है, क्योंकि यहीं पर संधारित्र का विद्युत क्षेत्र व्यावहारिक रूप से केंद्रित होता है। तो, एक फ्लैट संधारित्र के लिए, केवल प्लेटों के बीच की जगह को ढांकता हुआ से भरना पर्याप्त है।

प्लेटों के बीच उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक वाला पदार्थ रखकर संधारित्र की धारिता को काफी बढ़ाया जा सकता है। इसका उपयोग व्यवहार में किया जाता है, और आमतौर पर हवा को नहीं, बल्कि कांच, पैराफिन, अभ्रक और अन्य पदार्थों को संधारित्र के लिए ढांकता हुआ के रूप में चुना जाता है। अंजीर पर. 64 एक तकनीकी संधारित्र दिखाता है, जिसमें पैराफिन से संसेचित एक पेपर टेप ढांकता हुआ के रूप में कार्य करता है। इसकी सतहें स्टील की चादरें हैं जिन्हें दोनों तरफ से मोमयुक्त कागज पर दबाया गया है। ऐसे कैपेसिटर की क्षमता अक्सर कई माइक्रोफ़ारड तक पहुंच जाती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, माचिस के आकार के एक शौकिया रेडियो कैपेसिटर की क्षमता 2 माइक्रोफ़ारड है।

चावल। 64. तकनीकी फ्लैट संधारित्र: ए) इकट्ठे; बी) आंशिक रूप से अलग किए गए रूप में: 1 और 1 "- फ्रेम टेप, जिसके बीच मोम लगे पतले कागज 2 के टेप बिछाए जाते हैं। सभी टेपों को एक "अकॉर्डियन" के साथ मोड़ा जाता है और एक धातु बॉक्स में रखा जाता है। संपर्क 3 और 3" हैं सर्किट में एक संधारित्र शामिल करने के लिए टेप 1 और 1 " के सिरों पर टांका लगाया गया

यह स्पष्ट है कि केवल बहुत अच्छे इन्सुलेशन गुणों वाले डाइलेक्ट्रिक्स ही संधारित्र के निर्माण के लिए उपयुक्त हैं। अन्यथा, आवेश ढांकता हुआ के माध्यम से प्रवाहित होंगे। इसलिए, पानी, अपने उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक के बावजूद, कैपेसिटर के निर्माण के लिए बिल्कुल उपयुक्त नहीं है, क्योंकि केवल बेहद सावधानी से शुद्ध किया गया पानी ही पर्याप्त रूप से अच्छा ढांकता हुआ होता है।

यदि एक फ्लैट संधारित्र की प्लेटों के बीच का स्थान ढांकता हुआ स्थिरांक वाले माध्यम से भरा होता है, तो एक फ्लैट संधारित्र के लिए सूत्र (34.1) का रूप लेता है

तथ्य यह है कि संधारित्र की धारिता पर्यावरण पर निर्भर करती है, यह दर्शाता है कि ढांकता हुआ के अंदर विद्युत क्षेत्र बदल रहा है। हमने देखा है कि जब एक संधारित्र को पारगम्यता वाले ढांकता हुआ से भर दिया जाता है, तो धारिता कई गुना बढ़ जाती है। इसका मतलब यह है कि प्लेटों पर समान आवेश के साथ, उनके बीच संभावित अंतर एक कारक से कम हो जाता है। लेकिन संभावित अंतर और क्षेत्र की ताकत संबंध (30.1) द्वारा परस्पर जुड़े हुए हैं। इसलिए, संभावित अंतर में कमी का मतलब है कि जब संधारित्र को ढांकता हुआ से भरा जाता है तो उसमें क्षेत्र की ताकत एक कारक से कम हो जाती है। संधारित्र की धारिता में वृद्धि का यही कारण है। निर्वात से कई गुना कम। इसलिए हम यह निष्कर्ष निकालते हैं कि ढांकता हुआ में रखे गए बिंदु आवेशों के लिए कूलम्ब का नियम (10.1) इस प्रकार है

विद्युत पारगम्यता

विद्युत पारगम्यता एक मान है जो संधारित्र की प्लेटों के बीच रखे गए ढांकता हुआ की धारिता को दर्शाता है। जैसा कि आप जानते हैं, एक फ्लैट संधारित्र की धारिता प्लेटों के क्षेत्र के आकार (प्लेटों का क्षेत्रफल जितना बड़ा, धारिता उतनी ही अधिक), प्लेटों के बीच की दूरी या ढांकता हुआ की मोटाई पर निर्भर करती है (ढांकता हुआ जितना अधिक मोटा होगा, धारिता उतनी ही कम होगी), साथ ही ढांकता हुआ की सामग्री पर भी, जिसकी विशेषता विद्युत पारगम्यता है।

संख्यात्मक रूप से, विद्युत पारगम्यता संधारित्र की धारिता और उसी वायु संधारित्र के किसी भी ढांकता हुआ के अनुपात के बराबर है। 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। इनका मुख्य भाग रूटाइल (टाइटेनियम डाइऑक्साइड) है।

चित्र 1. माध्यम की विद्युत पारगम्यता

ढांकता हुआ हानि कोण

लेख "डाइलेक्ट्रिक्स" में हमने प्रत्यक्ष और प्रत्यावर्ती धारा सर्किट में ढांकता हुआ को शामिल करने के उदाहरणों का विश्लेषण किया। यह पता चला कि एक वास्तविक ढांकता हुआ, जब यह एक वैकल्पिक वोल्टेज द्वारा गठित विद्युत क्षेत्र में काम करता है, तो थर्मल ऊर्जा छोड़ता है। इस मामले में अवशोषित शक्ति को ढांकता हुआ नुकसान कहा जाता है।लेख "कैपेसिटेंस युक्त एक एसी सर्किट" में, यह साबित किया जाएगा कि एक आदर्श ढांकता हुआ में, कैपेसिटिव करंट वोल्टेज को 90 डिग्री से कम कोण तक ले जाता है। वास्तविक ढांकता हुआ में, कैपेसिटिव करंट वोल्टेज को 90° से कम कोण तक ले जाता है। कोण में कमी लीकेज करंट से प्रभावित होती है, जिसे कंडक्शन करंट भी कहा जाता है।

वास्तविक ढांकता हुआ सर्किट में बहने वाले वोल्टेज और धारा के बीच 90° और शिफ्ट कोण के बीच के अंतर को ढांकता हुआ हानि कोण या हानि कोण कहा जाता है और इसे δ (डेल्टा) दर्शाया जाता है। अधिकतर, कोण स्वयं निर्धारित नहीं किया जाता है, बल्कि इस कोण की स्पर्श रेखा निर्धारित की जाती है -टीजी δ.

यह स्थापित किया गया है कि ढांकता हुआ नुकसान वोल्टेज, एसी आवृत्ति, संधारित्र समाई और ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा के वर्ग के समानुपाती होता है।

इसलिए, ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा जितनी बड़ी होगी, टैन δ, ढांकता हुआ में ऊर्जा हानि जितनी अधिक होगी, ढांकता हुआ पदार्थ उतना ही खराब होगा। अपेक्षाकृत बड़े tg δ (0.08 - 0.1 या अधिक के क्रम पर) वाली सामग्री खराब इंसुलेटर हैं। अपेक्षाकृत छोटे tg δ (0.0001 के क्रम पर) वाली सामग्री अच्छे इन्सुलेटर हैं।

आभासी प्रयोगशाला कार्य #3 चालू

ठोस अवस्था की भौतिकी

शिक्षा के सभी रूपों की तकनीकी विशिष्टताओं के छात्रों के लिए "सॉलिड स्टेट" भौतिकी अनुभाग पर प्रयोगशाला कार्य संख्या 3 के कार्यान्वयन के लिए दिशानिर्देश

क्रास्नोयार्स्क 2012

आलोचक

भौतिक एवं गणितीय विज्ञान के अभ्यर्थी, एसोसिएट प्रोफेसर ओ.एन. बंडुरिना

(साइबेरियन स्टेट एयरोस्पेस यूनिवर्सिटी

शिक्षाविद् एम.एफ. के नाम पर रखा गया रेशेतनेव)

आईसीटी के कार्यप्रणाली आयोग के निर्णय द्वारा प्रकाशित

अर्धचालकों के ढांकता हुआ स्थिरांक का निर्धारण। ठोस अवस्था भौतिकी में आभासी प्रयोगशाला कार्य संख्या 3: तकनीकी छात्रों के लिए भौतिकी अनुभाग "सॉलिड स्टेट" पर प्रयोगशाला कार्य संख्या 3 के कार्यान्वयन के लिए दिशानिर्देश। विशेषज्ञ. शिक्षा के सभी प्रकार/कंप्यूटर: ए.एम. खार्किव; सिब. राज्य एयरोस्पेस अन-टी. - क्रास्नोयार्स्क, 2012. - 21 पी।

साइबेरियाई राज्य एयरोस्पेस

विश्वविद्यालय का नाम शिक्षाविद् एम.एफ. के नाम पर रखा गया। रेशेतनेवा, 2012

परिचय……………………………………………………………………4

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

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

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

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

ढांकता हुआ स्थिरांक मापने की विधि…………………………..11

प्रसंस्करण माप परिणाम……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………….

नियंत्रण प्रश्न…………………………………………………………17

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

सन्दर्भ……………………………………………………20

आवेदन…………………………………………………………21

परिचय

इन दिशानिर्देशों में प्रयोगशाला कार्य के विवरण शामिल हैं जो सॉलिड स्टेट फिजिक्स पाठ्यक्रम से आभासी मॉडल का उपयोग करते हैं।

प्रयोगशाला कार्य तक पहुंच:

शिक्षक द्वारा समूहों में प्रत्येक छात्र का व्यक्तिगत सर्वेक्षण किया गया। प्रवेश के लिए:

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

2) शिक्षक व्यक्तिगत रूप से सार के डिज़ाइन की जाँच करता है और सिद्धांत, माप विधियों, स्थापना और परिणामों के प्रसंस्करण के बारे में प्रश्न पूछता है;

3) छात्र पूछे गए प्रश्नों का उत्तर देता है;

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

सुरक्षा के लिए प्रयोगशाला कार्य का पंजीकरण:

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

सभी बिंदुओं को पूरा करना: आवश्यक मानों की सभी गणनाएँ, स्याही से भरी सभी तालिकाएँ, बनाए गए सभी ग्राफ़ आदि।

ग्राफ़ को शिक्षक की सभी आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

तालिकाओं में सभी मात्राओं के लिए, माप की उपयुक्त इकाई दर्ज की जानी चाहिए।

प्रत्येक ग्राफ़ के लिए रिकॉर्ड किए गए निष्कर्ष।

उत्तर निर्धारित प्रपत्र में लिखा गया है।

उत्तर पर रिकार्ड किए गए निष्कर्ष।

अर्धचालकों के ढांकता हुआ प्रतिरोध का निर्धारण

विधि सिद्धांत

ध्रुवीकरणएक विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत ध्रुवीकरण करने के लिए एक ढांकता हुआ की क्षमता है, यानी। अंतरिक्ष में ढांकता हुआ के बाध्य आवेशित कणों का स्थान बदलना।

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

ध्रुवीकरण के एक दर्जन से अधिक विभिन्न प्रकार हैं। 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 ढांकता हुआ में. इलेक्ट्रॉनिक ध्रुवीकरण 10 -15 -10 -14 सेकेंड में स्थापित हो जाता है।

2. आयनिक ध्रुवीकरण- आयनिक बंध 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 ओरिएंटेशनल ध्रुवीकरणविद्युत क्षेत्र की दिशा में द्विध्रुवों के उन्मुखीकरण के कारण। द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स में होता है। इसका स्थापना समय 10 -10 -10 -6 सेकेंड है. द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण ध्रुवीकरण के धीमे या शिथिल प्रकारों में से एक है।

4. प्रवासी ध्रुवीकरणअमानवीय ढांकता हुआ में देखा गया, जिसमें विद्युत आवेश अमानवीयता के खंड की सीमा पर जमा होते हैं। प्रवासी ध्रुवीकरण स्थापित करने की प्रक्रियाएँ बहुत धीमी हैं और इसमें मिनट या घंटे भी लग सकते हैं।

5. आयन विश्राम ध्रुवीकरणजाली स्थिरांक से अधिक दूरी पर विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत कमजोर रूप से बंधे आयनों के अतिरिक्त स्थानांतरण के कारण। आयन-विश्राम ध्रुवीकरण कुछ क्रिस्टलीय पदार्थों में आयनों के रूप में अशुद्धियों या क्रिस्टल जाली की ढीली पैकिंग की उपस्थिति में प्रकट होता है। इसका स्थापना 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 का ध्रुवीकरण, एक नियम के रूप में, पारगम्यता के उच्च मूल्य का कारण बनता है।

7. सहज ध्रुवीकरण- सहज ध्रुवीकरण जो एक निश्चित तापमान सीमा में कुछ पदार्थों (उदाहरण के लिए, रोशेल नमक) में होता है।

8. लोचदार-द्विध्रुवीय ध्रुवीकरणछोटे कोणों के माध्यम से द्विध्रुवों के लोचदार घूर्णन से जुड़ा हुआ है।

9. अवशिष्ट ध्रुवीकरण- ध्रुवीकरण, जो विद्युत क्षेत्र हटने के बाद कुछ पदार्थों (इलेक्ट्रेट्स) में लंबे समय तक बना रहता है।

10. गुंजयमान ध्रुवीकरण. यदि विद्युत क्षेत्र की आवृत्ति द्विध्रुवीय दोलनों की प्राकृतिक आवृत्ति के करीब है, तो अणुओं के दोलन बढ़ सकते हैं, जिससे द्विध्रुवीय ढांकता हुआ में गुंजयमान ध्रुवीकरण की उपस्थिति होगी। अवरक्त प्रकाश क्षेत्र में स्थित आवृत्तियों पर गुंजयमान ध्रुवीकरण देखा जाता है। एक वास्तविक ढांकता हुआ एक साथ कई प्रकार का ध्रुवीकरण कर सकता है। एक या दूसरे प्रकार के ध्रुवीकरण की घटना पदार्थ के भौतिक-रासायनिक गुणों और प्रयुक्त आवृत्तियों की सीमा से निर्धारित होती है।

मुख्य पैरामीटर:

ε पारगम्यता हैकिसी सामग्री की ध्रुवीकरण करने की क्षमता का माप है; 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 गुना कम है। ढांकता हुआ के अंदर बाहरी क्षेत्र के विपरीत निर्देशित एक क्षेत्र होता है।

बाहरी क्षेत्र की ताकत निर्वात में समान आवेशों के क्षेत्र की तुलना में ε गुना कमजोर हो जाती है, जहां ε सापेक्ष पारगम्यता है।

यदि संधारित्र की प्लेटों के बीच के निर्वात को ढांकता हुआ द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया जाए, तो ध्रुवीकरण के परिणामस्वरूप धारिता बढ़ जाती है। यह परमिटिटिविटी की सरल परिभाषा का आधार 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 की धारिता है।

एक आइसोट्रोपिक माध्यम की पारगम्यता ε संबंध द्वारा निर्धारित की जाती है:

(2)

जहां χ ढांकता हुआ संवेदनशीलता है।

डी = टीजी δ ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा है

ढांकता हुआ नुकसान -ढांकता हुआ में धाराओं के प्रवाह के कारण विद्युत ऊर्जा की हानि। ढांकता हुआ में आसानी से गतिशील आयनों की एक छोटी संख्या की उपस्थिति और ध्रुवीकरण धाराओं के कारण होने वाली प्रवाहकत्त्व धारा I sk.pr के बीच अंतर करें। इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक ध्रुवीकरण के साथ, ध्रुवीकरण धारा को विस्थापन धारा I सेमी कहा जाता है, यह बहुत अल्पकालिक होता है और उपकरणों द्वारा रिकॉर्ड नहीं किया जाता है। धीमी (विश्राम) प्रकार के ध्रुवीकरण से जुड़ी धाराओं को अवशोषण धाराएँ I abs कहा जाता है। सामान्य स्थिति में, ढांकता हुआ में कुल धारा को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: I = I abs + I rms। ध्रुवीकरण स्थापित करने के बाद, कुल धारा बराबर होगी: I=I rms। यदि किसी स्थिर क्षेत्र में वोल्टेज को चालू और बंद करने के समय ध्रुवीकरण धाराएँ उत्पन्न होती हैं, और कुल धारा समीकरण के अनुसार निर्धारित की जाती है: I = I sk.pr, तो एक प्रत्यावर्ती क्षेत्र में ध्रुवीकरण धाराएँ इस समय उत्पन्न होती हैं वोल्टेज ध्रुवीयता को बदलने का। परिणामस्वरूप, एक वैकल्पिक क्षेत्र में ढांकता हुआ में नुकसान महत्वपूर्ण हो सकता है, खासकर यदि लागू वोल्टेज का आधा चक्र ध्रुवीकरण स्थापना के समय तक पहुंचता है।

अंजीर पर. 1(ए) एक एसी वोल्टेज सर्किट में एक ढांकता हुआ संधारित्र के बराबर एक सर्किट दिखाता है। इस सर्किट में, एक वास्तविक ढांकता हुआ संधारित्र, जिसमें नुकसान होता है, को समानांतर में जुड़े सक्रिय प्रतिरोध आर के साथ एक आदर्श संधारित्र सी द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। 1(बी) विचाराधीन सर्किट के लिए धाराओं और वोल्टेज का एक वेक्टर आरेख दिखाता है, जहां यू सर्किट में वोल्टेज हैं; मैं एके - सक्रिय वर्तमान; आई पी - प्रतिक्रियाशील धारा, जो चरण में सक्रिय घटक से 90° आगे है; मैं ∑ - कुल धारा। इस मामले में: I a =I R =U/R और I p =IC =ωCU, जहां ω प्रत्यावर्ती क्षेत्र की गोलाकार आवृत्ति है।

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

ढांकता हुआ हानि कोण कोण δ है, जो कैपेसिटिव सर्किट में वर्तमान I ∑ और वोल्टेज U के बीच चरण शिफ्ट कोण φ को 90 ° तक पूरक करता है। एक वैकल्पिक क्षेत्र में ढांकता हुआ नुकसान ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा द्वारा विशेषता है: tg δ=I a / I p।

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

तापमान T और आवृत्ति ω पर ε और tan δ की निर्भरता

सामग्रियों के ढांकता हुआ पैरामीटर तापमान और आवृत्ति पर अलग-अलग डिग्री पर निर्भर करते हैं। ढांकता हुआ सामग्रियों की एक बड़ी संख्या हमें इन कारकों पर सभी निर्भरताओं की विशेषताओं को कवर करने की अनुमति नहीं देती है।

इसलिए, अंजीर में। 2 (ए, बी) कुछ मुख्य समूहों के लिए सामान्य रुझान दिखाता है। तापमान T (a) और आवृत्ति ω (b) पर पारगम्यता ε की विशिष्ट निर्भरताएँ दर्शाई गई हैं।

चावल। 2. ओरिएंटेशनल रिलैक्सेशन तंत्र की उपस्थिति में पारगम्यता के वास्तविक (ε') और काल्पनिक (ε') भागों की आवृत्ति निर्भरता

जटिल पारगम्यता.विश्राम प्रक्रियाओं की उपस्थिति में, पारगम्यता को जटिल रूप में लिखना सुविधाजनक है। यदि डेबी फॉर्मूला ध्रुवीकरण के लिए मान्य है:

(3)

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

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

आवृत्ति के साथ εʹ और εʺ का यह व्यवहार अधिक सामान्य परिणाम का एक लगातार उदाहरण है, जिसके अनुसार आवृत्ति पर εʹ(ω) भी आवृत्ति पर εʺ(ω) की निर्भरता को दर्शाता है। एसआई प्रणाली में, 4π को 1/ε 0 से प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए।

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

(5)

एक ध्रुवीय ढांकता हुआ में, एक ध्रुवीय अणु μ का द्विध्रुव क्षण आम तौर पर अपने स्वयं के μ 0 और प्रेरित μ के वेक्टर योग के बराबर होता है औरक्षण:

(6)

इन द्विध्रुवों द्वारा उत्पन्न क्षेत्र शक्तियाँ द्विध्रुव आघूर्ण के समानुपाती और दूरी के घन के व्युत्क्रमानुपाती होती हैं।

गैर-ध्रुवीय सामग्रियों के लिए आमतौर पर ε = 2 - 2.5 और यह ω ≈10 12 हर्ट्ज तक की 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 ढांकता हुआ की मात्रा बदल जाती है, जिससे प्रति इकाई आयतन में अणुओं की संख्या बदल जाती है।

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

(7)

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

1) बढ़ते तापमान के साथ, ढांकता हुआ की मात्रा बढ़ जाती है और ढांकता हुआ स्थिरांक थोड़ा कम हो जाता है। ε में कमी गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स के नरम होने और पिघलने की अवधि के दौरान विशेष रूप से ध्यान देने योग्य होती है, जब उनकी मात्रा काफी बढ़ जाती है। कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की उच्च आवृत्ति (1015-1016 हर्ट्ज के क्रम पर) के कारण, इलेक्ट्रॉन ध्रुवीकरण की संतुलन स्थिति स्थापित करने का समय बहुत कम है और गैर-ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स की पारगम्यता ε आमतौर पर क्षेत्र आवृत्ति पर निर्भर नहीं करती है प्रयुक्त आवृत्ति रेंज (1012 हर्ट्ज तक)।

2) जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, व्यक्तिगत आयनों के बीच के बंधन कमजोर हो जाते हैं, जिससे बाहरी क्षेत्र की कार्रवाई के तहत उनकी बातचीत आसान हो जाती है, और इससे आयनिक ध्रुवीकरण और पारगम्यता ε में वृद्धि होती है। आयनिक ध्रुवीकरण की स्थिति की स्थापना के कम समय के कारण (10 13 हर्ट्ज के क्रम पर, जो क्रिस्टल जाली में आयनों के कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति से मेल खाती है), सामान्य रूप से बाहरी क्षेत्र की आवृत्ति में परिवर्तन आयनिक सामग्रियों में ऑपरेटिंग रेंज का ε के मान पर व्यावहारिक रूप से कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

3) ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स की पारगम्यता बाहरी क्षेत्र के तापमान और आवृत्ति पर दृढ़ता से निर्भर करती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कणों की गतिशीलता बढ़ती है और उनके बीच परस्पर क्रिया की ऊर्जा कम हो जाती है, अर्थात। बाहरी क्षेत्र की कार्रवाई के तहत उनके अभिविन्यास की सुविधा होती है - द्विध्रुवीय ध्रुवीकरण और पारगम्यता में वृद्धि होती है। हालाँकि, यह प्रक्रिया एक निश्चित तापमान तक ही जारी रहती है। तापमान में और वृद्धि के साथ, पारगम्यता ε कम हो जाती है। चूँकि क्षेत्र की दिशा में द्विध्रुवों का उन्मुखीकरण तापीय गति की प्रक्रिया में और तापीय गति के माध्यम से किया जाता है, ध्रुवीकरण की स्थापना के लिए काफी समय की आवश्यकता होती है। यह समय इतना लंबा है कि उच्च-आवृत्ति क्षेत्रों को बदलने में, द्विध्रुवों को क्षेत्र के साथ खुद को उन्मुख करने का समय नहीं मिलता है, और पारगम्यता ε गिर जाती है।

पारगम्यता मापने की विधि

संधारित्र धारिता. संधारित्र- यह दो कंडक्टरों (प्लेटों) की एक प्रणाली है, जो एक ढांकता हुआ द्वारा अलग की जाती है, जिसकी मोटाई कंडक्टरों के रैखिक आयामों की तुलना में छोटी होती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, दो सपाट धातु की प्लेटें, समानांतर में स्थित और एक ढांकता हुआ परत द्वारा अलग होकर, एक संधारित्र बनाती हैं (चित्र 3)।

यदि किसी समतल संधारित्र की प्लेटों पर विपरीत चिन्ह का समान आवेश दिया जाए, तो प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र की ताकत एक प्लेट की क्षेत्र ताकत से दोगुनी होगी:

(8)

जहां ε प्लेटों के बीच की जगह को भरने वाले ढांकता हुआ की पारगम्यता है।

आवेश अनुपात द्वारा निर्धारित भौतिक मात्रा क्यूसंधारित्र प्लेटों में से एक को संधारित्र प्लेटों के बीच संभावित अंतर Δφ कहा जाता है समाई:

(9)

विद्युत क्षमता की SI इकाई - बिजली की एक विशेष नाप(एफ)। ऐसे संधारित्र की क्षमता 1 F होती है, जिसकी प्लेटों के बीच संभावित अंतर 1 V होता है जब प्लेटों को प्रत्येक 1 C के विपरीत चार्ज दिया जाता है: 1 F = 1 C / 1 V।

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

(10)

कहाँ ε 0 हवा का ढांकता हुआ स्थिरांक है; एससंधारित्र प्लेट का क्षेत्रफल है, एस=एचएल, कहाँ एच- प्लेट की चौड़ाई, एल- इसकी लंबाई; डीसंधारित्र प्लेटों के बीच की दूरी है।

अभिव्यक्ति (10) से पता चलता है कि किसी संधारित्र की धारिता को क्षेत्रफल बढ़ाकर बढ़ाया जा सकता है एसइसकी प्लेटें, दूरी को कम करती हैं डीउनके बीच और पारगम्यता ε के बड़े मूल्यों के साथ डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग।

चावल। 3. इसमें ढांकता हुआ संधारित्र रखा गया है

यदि किसी संधारित्र की प्लेटों के बीच एक परावैद्युत प्लेट रख दी जाए तो संधारित्र की धारिता बदल जाएगी। संधारित्र की प्लेटों के बीच ढांकता हुआ प्लेट के स्थान पर विचार किया जाना चाहिए।

निरूपित करें: डीसी - वायु अंतराल की मोटाई, डीमी ढांकता हुआ प्लेट की मोटाई है, एलबी कंडेनसर के वायु भाग की लंबाई है, एल m ढांकता हुआ संधारित्र से भरे भाग की लंबाई है, ε m सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक है। ध्यान में रख कर एल = एल+में एलएम, ए डी = डी+में डीमी, तो मामलों के लिए इन विकल्पों पर विचार किया जा सकता है:

कब एल= 0 पर, डी= 0 पर हमारे पास एक ठोस ढांकता हुआ संधारित्र है:

(11)

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

(12)

जहां σ पदार्थ की ऑप्टिकल चालकता है, εʹ ढांकता हुआ के ध्रुवीकरण से संबंधित पदार्थ की पारगम्यता है। अभिव्यक्ति (12) को निम्न रूप में घटाया जा सकता है:

जहां काल्पनिक शब्द ढांकता हुआ नुकसान के लिए जिम्मेदार है।

व्यवहार में, C को मापा जाता है - एक फ्लैट संधारित्र के रूप में एक नमूने की धारिता। यह संधारित्र ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा द्वारा विशेषता है:

tgδ=ωCR c (14)

या अच्छाई:

क्यू सी =1/टैनδ (15)

जहां आर सी प्रतिरोध है, जो 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 परिवर्तित करके मापना, आदि। .

इस कार्य में धारिता C और ढांकता हुआ हानि स्पर्शरेखा D = tgδ को मापते समय, हमने GOOD WILL INSTRUMENT CO Ltd अभियान द्वारा विकसित तकनीक का उपयोग किया। माप एक सटीक इमीटेंस मीटर - LCR-819-RLC पर किए गए थे। डिवाइस आपको 20 पीएफ-2.083 एमएफ के भीतर कैपेसिटेंस मापने, 0.0001-9999 के भीतर हानि स्पर्शरेखा और एक पूर्वाग्रह क्षेत्र लागू करने की अनुमति देता है। आंतरिक पूर्वाग्रह 2 वी तक, बाहरी पूर्वाग्रह 30 वी तक। माप सटीकता 0.05% है। परीक्षण सिग्नल आवृत्ति 12 हर्ट्ज -100 किलोहर्ट्ज़।

इस कार्य में, तापमान सीमा 77 K में 1 kHz की आवृत्ति पर माप किए गए< 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 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। तापमान मीटर से थर्मोस्टेट तक फीडबैक आपको तापमान माप की गति निर्धारित करने, या इसका स्थिरीकरण करने की अनुमति देता है। तापमान को नियंत्रित करने के लिए थर्मोकपल का उपयोग किया जाता है। इस कार्य में तापमान को 1 डिग्री/मिनट की दर से बदला गया। यह विधि आपको 0.1 डिग्री की त्रुटि के साथ तापमान मापने की अनुमति देती है।

मापने वाले सेल को उस पर लगे नमूने के साथ फ्लो क्रायोस्टेट में रखा जाता है। एलसीआर-मीटर के साथ सेल का कनेक्शन क्रायोस्टेट की टोपी में एक कनेक्टर के माध्यम से परिरक्षित तारों द्वारा किया जाता है। क्रायोस्टेट को FL-1 विद्युत चुम्बक के ध्रुवों के बीच रखा जाता है। चुंबक की बिजली आपूर्ति 15 kOe तक चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त करने की अनुमति देती है। चुंबकीय क्षेत्र एच के परिमाण को मापने के लिए, एक इलेक्ट्रॉनिक्स इकाई के साथ एक थर्मल स्थिरीकृत हॉल सेंसर का उपयोग किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र को स्थिर करने के लिए बिजली आपूर्ति और चुंबकीय क्षेत्र मीटर के बीच फीडबैक होता है।

समाई सी और हानि स्पर्शरेखा डी = टैन के मापा मूल्य निम्नलिखित संबंधों द्वारा मांगी गई भौतिक मात्रा εʹ और εʺ के मूल्यों से संबंधित हैं:

(16)

(17)

तालिका संख्या 1. जीडी एक्स एमएन 1-एक्स एस, (एक्स=0.1)।