Ang mga materyales ay ikinategorya bilang conductor, insulator at semiconductors batay sa kanilang mga koryenteng nagsasagawa ng kuryente. Ang bawat materyal ay binubuo ng mga molekula na kung saan ay binubuo ng mga atomo. Kapag napailalim sa electric field ang mga atomo sa materyal ay sumasailalim sa ilang mga paglipat at pagbabago sa mga pag-aari. Noong Oktubre 1745, isang eksperimento na ginawa ni Ewald Georg von Kleist ng Alemanya sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang high-voltage electrostatic generator sa isang dami ng tubig na nakolekta sa isang hawak na garapon gamit ang isang wire ay nagpakita na ang singil ay maaaring maimbak. Gamit ang kababalaghang ito, naimbento ni Pieter van Musschenbroek ang unang kapasitor na tinawag na 'Leyden Jar'. Ang bagong materyal na pag-aari na sumuporta sa pag-imbento na ito ay 'Dielectric'.

Ano ang Dielectric?

Ang bawat materyal ay binubuo ng mga atomo. Ang mga atom ay naglalaman ng parehong mga negatibong positibo at positibong sisingilin na mga particle. Ang gitnang nukleus ng atom ay positibong nasingil. Sa anumang materyal, ang mga atomo ay nakaayos bilang dipoles kinatawan ng positibo at negatibong singil sa pagtatapos nito. Kapag ang mga materyales na ito ay napailalim sa electric field dipole sandali nagaganap.

Ang isang materyal na konduktor ay nagsisimulang magsagawa kapag inilapat ang kuryente. Sinasalungat ng isang insulator ang daloy ng kuryente dahil wala itong anumang libreng gumagalaw na mga electron sa istraktura nito. Ngunit ang Dielectric ay isang espesyal na uri ng insulator na hindi nagsasagawa ng kuryente ngunit nai-polarised kapag napailalim sa elektrisidad.

Polarisasyon-sa-Dielectric

Sa mga materyal na Dielectric, kapag napailalim sa larangan ng elektrisidad ang mga positibong singil na naroroon sa materyal ay nawala sa direksyon ng inilapat na larangan ng kuryente. Ang mga negatibong singil ay inililipat sa direksyon na tapat sa inilapat na electric field. Ito ay humahantong sa Dielectric polariseysyon. Sa materyal na dielectric, ang mga singil sa kuryente ay hindi dumadaloy sa materyal. Binabawasan ng polariseysyon ang pangkalahatang larangan ng dielectric.

Mga Katangian ng Dielectric

Ang katagang Dielectric ay unang ipinakilala ni William Whewell. Ito ay ang kombinasyon ng dalawang salita- 'Dia' at 'electric'. Ang koryenteng kondaktibiti ng isang perpektong dielectric ay zero. Ang isang dielectric ay nag-iimbak at nagkakalat ng elektrikal na enerhiya na katulad ng isang perpektong kapasitor. Ang ilan sa mga pangunahing katangian ng isang materyal na Dielectric ay Elektronikong Pagkamaramdaman, Dielectric polariseyt, Dielectric dispersion, Dielectric relaxation, Tunability, atbp.

Kakayahang Magkuryente

Kung gaano kadali ang isang materyal na dielectric ay maaaring maging polarized kapag sumailalim sa isang electric field ay sinusukat ng madaling kapitan ng kuryente. Tinutukoy din ng dami na ito ang kakayahang matunaw ng kuryente ng materyal.

Dielectric Polariseysyon

Ang isang electric dipole moment ay isang sukatan ng paghihiwalay ng negatibo at positibong pagsingil sa system. Ang ugnayan sa pagitan ng sandali ng dipole (M) at ng electric field (E) ay nagbibigay ng mga katangian ng dielectric. Kapag ang inilapat na patlang ng kuryente ay tinanggal ang atom ay bumalik sa orihinal nitong estado. Nangyayari ito sa isang exponential decay na paraan. Ang oras na ginugol ng atom upang maabot ang orihinal nitong estado ay kilala bilang oras ng Relaksasyon.

Kabuuang Polariseysyon

Mayroong dalawang mga kadahilanan na nagpapasya sa polariseysyon ng dielectric. Ang mga ito ay ang pagbuo ng dipole sandali at ang kanilang oryentasyon na may kaugnayan sa electric field. Batay sa uri ng elementarya na dipole maaaring mayroong alinman sa electronic polarization o ionic polarization. Elektronikong polarisasyon P_aynangyayari kapag ang mga dielectric molekula na bumubuo ng sandali ng dipole ay binubuo ng mga neutral na partikulo.

Ionic polariseation P_akoat elektronikong polarisasyon pareho na malaya sa temperatura. Ang mga permanenteng sandali ng dipole ay ginawa sa mga molekula kapag mayroong isang asymmetrical na pamamahagi ng singil sa pagitan ng iba't ibang mga atomo. Sa mga ganitong kaso, orientational polarization P_oay sinusunod. Kung ang isang libreng pagsingil ay naroroon sa materyal na dielectric ay hahantong ito sa polarisasyon ng singil sa Space P_s. Ang kabuuang polariseytasyon ng dielectric ay nagsasangkot sa lahat ng mga mekanismong ito. Kaya ang kabuuang polariseytasyon ng dielectric material ay

P_Kabuuan= P_ako+ P_ay+ P_o+ P_s

Pagkakalat ng Dielectric

Kapag ang P ay ang pinakamataas na polariseysyon na nakamit ng dielectric, t_ray ang oras ng pagpapahinga para sa isang partikular na proseso ng polarisasyon, ang proseso ng dielectric polariseysyon ay maaaring ipahayag bilang

“ano ang kahulugan ng drift bilis? ”

P (t) = P [1-exp (-t / t_r)]

Ang oras ng pagpapahinga ay nag-iiba para sa iba't ibang mga proseso ng polariseysyon. Ang polarisasyong elektronikong ay napakabilis na sinusundan ng ionic polariseysyon. Ang orientationation polarization ay mas mabagal kaysa sa ionic polaration. Ang polariseysyon ng singil sa puwang ay napakabagal.

Pagkasira ng Dielectric

Kapag inilapat ang mas mataas na mga patlang ng kuryente, nagsisimula ang insulator na magsagawa at kumilos bilang isang konduktor. Sa ganitong mga kundisyon, ang mga materyal na dielectric ay nawawala ang kanilang mga dielectric na katangian. Ang kababalaghang ito ay kilala bilang Dielectric Breakdown. Ito ay isang hindi maibabalik na proseso. Ito ay humahantong sa pagkabigo ng mga materyal na dielectric.

Mga uri ng Dielectric Material

Ang mga dielectrics ay ikinategorya batay sa uri ng molekula na naroroon sa materyal. Mayroong dalawang uri ng dielectrics - Polar dielectrics at Non-polar dielectrics.

Polar Dielectrics

Sa mga polar dielectrics, ang gitna ng masa ng mga positibong maliit na butil ay hindi kasabay ng gitna ng masa ng mga negatibong maliit na butil. Narito ang sandali ng dipole. Ang mga molekula ay walang simetriko sa hugis. Kapag inilapat ang patlang ng kuryente ang mga molekula ay nakahanay sa kanilang sarili sa larangan ng elektrisidad. Kapag ang patlang ng kuryente ay tinanggal na random dipole moment ay sinusunod at ang net dipole moment sa mga molekula ay nagiging zero. Ang mga halimbawa ay H2O, CO2, atbp ...

Non-Polar Dielectrics

Sa mga di-electronics na di-polar, magkasabay ang gitna ng masa ng mga positibong maliit na butil at negatibong mga maliit na butil. Walang dipole moment sa mga molekulang ito. Ang mga molekulang ito ay simetriko ang hugis. Ang mga halimbawa ng di-polar dielectrics ay H2, N2, O2, atbp.

Mga halimbawa ng Dielectric Material

Ang mga materyal na dielectric ay maaaring solido, likido, gas, at vacuum. Ang solid dielectrics ay lubos na ginagamit sa electrical engineering. Ang ilang mga halimbawa ng nabili na dielectrics ay porselana, keramika, baso, papel, atbp… Ang dry air, nitrogen, sulfur hexafluoride at ang mga oxide ng iba't ibang mga metal ay mga halimbawa ng mga gas na dielectrics. Ang distiladong tubig, langis ng transpormer ay karaniwang mga halimbawa ng likidong dielectrics.

Mga aplikasyon ng Dielectric Material

Ang ilan sa mga aplikasyon ng dielectrics ay ang mga sumusunod-

Ginagamit ang mga ito para sa pag-iimbak ng enerhiya sa mga capacitor .
Upang mapahusay ang pagganap ng isang aparato na semiconductor, ginagamit ang matataas na permittivity na mga dielectric na materyales.
Ginagamit ang mga dielectrics sa Nagpapakita ng Liquid Crystal.
Ang ceramic dielectric ay ginagamit sa Dielectric Resonator Oscillator.
Ang Barium Strontium Titanate na manipis na mga pelikula ay dielectric na ginagamit sa mga aparato na maaaring mai-set ng microwave na nagbibigay ng mataas na kakayahang masunurin at mababang kasalukuyang pagtulo.
Ginagamit ang Parylene sa mga pang-industriya na patong bilang isang hadlang sa pagitan ng substrate at ng panlabas na kapaligiran.
Sa elektrikal mga transformer , ang mga mineral na langis ay ginagamit bilang isang likidong dielectric at tumutulong sila sa proseso ng paglamig.
Ginamit ang castor oil sa mga capacitor na may mataas na boltahe upang madagdagan ang halaga ng capacitance nito.
Ang mga electret, isang espesyal na naprosesong materyal na dielectric ay gumaganap bilang electrostatic na katumbas ng mga magnet.

Mga FAQ

1). Ano ang paggamit ng dielectric sa mga capacitor?

Ang mga dielectric na ginamit sa capacitor ay tumutulong na bawasan ang electric field na kung saan ay babawasan ang boltahe sa gayon pagtaas ng capacitance.

2). Aling dielectric material ang malawakang ginagamit sa mga capacitor?

Sa mga capacitor, malawakang ginagamit ang mga materyal na dielectric tulad ng baso, ceramic, hangin, mika, papel, plastic film.

3). Aling materyal ang may pinakamataas na lakas na dielectric?

Ang isang perpektong vacuum ay nabanggit na mayroong pinakamataas na lakas na dielectric.

4). Ang lahat ba ng mga insulator ay dielectrics?

Hindi, kahit na ang mga dielectrics ay kumikilos bilang mga insulator, hindi lahat ng mga insulator ay dielectrics.

Kaya, ang Dielectrics ay bumubuo ng isang mahalagang bahagi ng mga capacitor. Ang isang mahusay na materyal na dielectric ay dapat magkaroon ng mahusay na dielectric pare-pareho, lakas na dielectric, mababang factor ng pagkawala, katatagan ng mataas na temperatura, mataas na katatagan ng imbakan, mahusay na tugon sa dalas at dapat ay maisusog sa mga proseso ng industriya. Ang dielectrics ay gumaganap din ng isang mahalagang papel sa mga high-frequency electronic circuit. Ang pagsukat ng mga dielectric na katangian ng materyal ay nagbibigay ng impormasyon tungkol sa mga de-koryenteng o magnetikong katangian. Ano ang pare-pareho ng dielectric?