বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রে ডাইলেকট্রিক্স

মানবজাতির কাছে পরিচিত সমস্ত পদার্থই বিভিন্ন মাত্রায় বৈদ্যুতিক প্রবাহ সঞ্চালন করতে সক্ষম: কিছু কারেন্ট ভাল করে, অন্যরা খারাপ, অন্যরা খুব কমই এটি পরিচালনা করে। এই ক্ষমতা অনুসারে, পদার্থগুলিকে তিনটি প্রধান শ্রেণিতে ভাগ করা হয়:

• অস্তরক;

• সেমিকন্ডাক্টর;

• কন্ডাক্টর।

একটি আদর্শ ডাইইলেকট্রিকে উল্লেখযোগ্য দূরত্ব অতিক্রম করতে সক্ষম কোনো চার্জ থাকে না, অর্থাৎ একটি আদর্শ ডাইলেকট্রিকে কোনো বিনামূল্যে চার্জ নেই। যাইহোক, যখন একটি বহিরাগত ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয়, অস্তরক এটি প্রতিক্রিয়া. অস্তরক মেরুকরণ ঘটে, অর্থাৎ, বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ক্রিয়াকলাপের অধীনে, অস্তরক-এর চার্জগুলি স্থানচ্যুত হয়। এই বৈশিষ্ট্য, একটি অস্তরক-এর মেরুকরণের ক্ষমতা, ডাইলেট্রিক্সের মৌলিক সম্পত্তি।

সুতরাং, ডাইলেকট্রিক্সের মেরুকরণে পোলারাইজেবিলিটির তিনটি উপাদান রয়েছে:

• বৈদ্যুতিক;

• জোনা;

• ডাইপোল (ওরিয়েন্টেশন)।

মেরুকরণে, একটি ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের ক্রিয়ায় চার্জগুলি স্থানচ্যুত হয়। ফলস্বরূপ, প্রতিটি পরমাণু বা প্রতিটি অণু একটি বৈদ্যুতিক মুহূর্ত P তৈরি করে।

ডাইলেকট্রিকের অভ্যন্তরে ডাইপোলগুলির চার্জগুলি পারস্পরিকভাবে ক্ষতিপূরণ দেওয়া হয়, তবে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের উত্স হিসাবে কাজ করে এমন ইলেক্ট্রোডগুলির সংলগ্ন বাহ্যিক পৃষ্ঠগুলিতে, পৃষ্ঠ-সম্পর্কিত চার্জগুলি উপস্থিত হয় যা সংশ্লিষ্ট ইলেক্ট্রোডের চার্জের বিপরীত চিহ্নযুক্ত।

সংশ্লিষ্ট চার্জ E'-এর ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্র সর্বদা বহিরাগত ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের E0 এর বিপরীতে পরিচালিত হয়। দেখা যাচ্ছে যে ডাইলেকট্রিকের ভিতরে E = E0 — E' এর সমান একটি বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র রয়েছে।

যদি প্যারালেলেপিপড আকারে ডাইইলেক্ট্রিক দিয়ে তৈরি একটি বডিকে শক্তি E0 এর ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রে স্থাপন করা হয়, তবে এর বৈদ্যুতিক মুহূর্তটি সূত্র দ্বারা গণনা করা যেতে পারে: P = qL = σ'SL = σ'SlCosφ, যেখানে σ' হয় সংশ্লিষ্ট চার্জগুলির পৃষ্ঠের ঘনত্ব, এবং φ হল S ক্ষেত্রফলের মুখের পৃষ্ঠ এবং এটির স্বাভাবিকের মধ্যে কোণ।

উপরন্তু, n — অস্তরক-এর একক আয়তনের প্রতি অণুর ঘনত্ব এবং P1 — এক অণুর বৈদ্যুতিক মুহূর্ত জেনে, আমরা মেরুকরণ ভেক্টরের মান গণনা করতে পারি, অর্থাৎ ডাইইলেকট্রিকের একক আয়তনের প্রতি বৈদ্যুতিক মোমেন্ট।

এখন সমান্তরাল পাইপড V = SlCos φ-এর আয়তনকে প্রতিস্থাপন করলে, এটি উপসংহারে আসা সহজ যে মেরুকরণ চার্জের পৃষ্ঠের ঘনত্ব পৃষ্ঠের একটি নির্দিষ্ট বিন্দুতে পোলারাইজেশন ভেক্টরের সাধারণ উপাদানের সংখ্যাগতভাবে সমান। যৌক্তিক পরিণতি হল ডাইইলেকট্রিকে প্রবর্তিত ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্র E' প্রয়োগ করা বহিরাগত ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের শুধুমাত্র স্বাভাবিক উপাদানকে প্রভাবিত করে।

ভোল্টেজ, পোলারাইজেবিলিটি এবং ভ্যাকুয়ামের অস্তরক ধ্রুবকের পরিপ্রেক্ষিতে একটি অণুর বৈদ্যুতিক মুহূর্ত লেখার পরে, মেরুকরণ ভেক্টরকে এভাবে লেখা যেতে পারে:

যেখানে α হল একটি প্রদত্ত পদার্থের একটি অণুর মেরুকরণযোগ্যতা, এবং χ = nα হল অস্তরক সংবেদনশীলতা, একটি ম্যাক্রোস্কোপিক পরিমাণ যা প্রতি ইউনিট আয়তনের মেরুকরণকে চিহ্নিত করে। অস্তরক সংবেদনশীলতা একটি মাত্রাহীন পরিমাণ।

এইভাবে, ফলস্বরূপ ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্র E পরিবর্তন হয়, E0 এর তুলনায়, শুধুমাত্র স্বাভাবিক উপাদান। ক্ষেত্রের স্পর্শক উপাদান (পৃষ্ঠের স্পর্শকভাবে নির্দেশিত) পরিবর্তন হয় না। ফলস্বরূপ, ভেক্টর আকারে, ফলের ক্ষেত্রের শক্তির মান লেখা যেতে পারে:

ডাইইলেকট্রিকের ফলস্বরূপ ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের শক্তির মান ε-এর অস্তরক ধ্রুবক দ্বারা বিভক্ত বাহ্যিক ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের শক্তির সমান:

মাধ্যমের অস্তরক ধ্রুবক ε = 1 + χ হল অস্তরকটির প্রধান বৈশিষ্ট্য এবং এর বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্য নির্দেশ করে। এই বৈশিষ্ট্যটির শারীরিক অর্থ হল যে এটি দেখায় যে একটি প্রদত্ত অস্তরক মাধ্যমের ক্ষেত্রের শক্তি E ভ্যাকুয়ামের শক্তি E0 থেকে কতবার ছোট:

একটি মাধ্যম থেকে অন্য মাধ্যমে যাওয়ার সময়, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের শক্তি তীব্রভাবে পরিবর্তিত হয় এবং একটি ডাইলেকট্রিক বলের ব্যাসার্ধের উপর ক্ষেত্র শক্তির নির্ভরতার গ্রাফ একটি অস্তরক ধ্রুবক ε2 বলের অস্তরক ধ্রুবক থেকে আলাদা। ε1 এটি প্রতিফলিত করে:

ফেরোইলেকট্রিক্স

1920 ছিল স্বতঃস্ফূর্ত মেরুকরণের ঘটনা আবিষ্কারের বছর। এই ঘটনার জন্য সংবেদনশীল পদার্থের গ্রুপকে ফেরোইলেকট্রিক্স বা ফেরোইলেকট্রিক্স বলা হয়। ঘটনাটি ঘটে এই কারণে যে ফেরোইলেক্ট্রিকগুলি বৈশিষ্ট্যগুলির একটি অ্যানিসোট্রপি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, যেখানে ফেরোইলেক্ট্রিক ঘটনাগুলি কেবল স্ফটিক অক্ষগুলির একটি বরাবর লক্ষ্য করা যায়। আইসোট্রপিক ডাইলেকট্রিক্সে, সমস্ত অণু একইভাবে মেরুকৃত হয়।অ্যানিসোট্রপিকের জন্য - বিভিন্ন দিকে, মেরুকরণ ভেক্টরগুলি দিক থেকে ভিন্ন।

ফেরোইলেক্ট্রিকগুলি একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা পরিসরে অস্তরক ধ্রুবক ε এর উচ্চ মান দ্বারা আলাদা করা হয়:

এই ক্ষেত্রে, ε এর মান নমুনায় প্রয়োগ করা বাহ্যিক ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্র E এবং নমুনার ইতিহাস উভয়ের উপর নির্ভর করে। এখানে অস্তরক ধ্রুবক এবং বৈদ্যুতিক মোমেন্ট অরৈখিকভাবে E বলের উপর নির্ভর করে, তাই ফেরোইলেক্ট্রিকগুলি অরৈখিক ডাইলেকট্রিকের অন্তর্গত।

ফেরোইলেক্ট্রিকগুলি কুরি পয়েন্ট দ্বারা চিহ্নিত করা হয়, অর্থাৎ, একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা থেকে শুরু করে এবং উচ্চতর, ফেরোইলেক্ট্রিক প্রভাব অদৃশ্য হয়ে যায়। এই ক্ষেত্রে, দ্বিতীয় ক্রমটির একটি পর্যায় স্থানান্তর ঘটে, উদাহরণস্বরূপ, বেরিয়াম টাইটানেটের জন্য, কিউরি পয়েন্টের তাপমাত্রা + 133 ° সে, রোচেল লবণের জন্য -18 ° সে থেকে + 24 ° সে, লিথিয়াম নিওবেটের জন্য + 1210 ° সে.

যেহেতু অস্তরকগুলি অরৈখিকভাবে পোলারাইজড, তাই এখানে অস্তরক হিস্টেরেসিস ঘটে। গ্রাফের "a" বিন্দুতে স্যাচুরেশন ঘটে। Ec — জবরদস্তিমূলক বল, Pc — অবশিষ্ট মেরুকরণ। মেরুকরণ বক্ররেখাকে হিস্টেরেসিস লুপ বলা হয়।

সম্ভাব্য শক্তির ন্যূনতম প্রতি প্রবণতার কারণে, সেইসাথে তাদের কাঠামোর অন্তর্নিহিত ত্রুটিগুলির কারণে, ফেরোইলেক্ট্রিকগুলি অভ্যন্তরীণভাবে ডোমেনে বিভক্ত হয়। ডোমেনগুলির বিভিন্ন মেরুকরণের দিক রয়েছে এবং একটি বাহ্যিক ক্ষেত্রের অনুপস্থিতিতে তাদের মোট ডাইপোল মোমেন্ট প্রায় শূন্য।

বাহ্যিক ক্ষেত্র E-এর ক্রিয়াকলাপের অধীনে, ডোমেনের সীমানা স্থানান্তরিত হয় এবং ক্ষেত্রের সাপেক্ষে কিছু মেরুকরণ করা অঞ্চলগুলি E ক্ষেত্রের দিকে ডোমেনের মেরুকরণে অবদান রাখে।

এই ধরনের কাঠামোর একটি উজ্জ্বল উদাহরণ হল BaTiO3 এর টেট্রাগোনাল পরিবর্তন।

পর্যাপ্ত শক্তিশালী ক্ষেত্রে E-তে, স্ফটিকটি একক-ডোমেনে পরিণত হয় এবং বাহ্যিক ক্ষেত্রটি বন্ধ করার পরে, মেরুকরণ থেকে যায় (এটি অবশিষ্ট মেরুকরণ পিসি)।

বিপরীত চিহ্নের সাথে অঞ্চলের আয়তন সমান করার জন্য, নমুনায় একটি বাহ্যিক ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্র Ec, একটি জোরপূর্বক ক্ষেত্র, বিপরীত দিকে প্রয়োগ করা প্রয়োজন।

ইলেকট্রিশিয়ান

ডাইলেক্ট্রিকগুলির মধ্যে, স্থায়ী চুম্বকের বৈদ্যুতিক অ্যানালগ রয়েছে - ইলেক্ট্রোড। এগুলি এমন বিশেষ ডাইলেক্ট্রিক যা বহিরাগত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র বন্ধ করার পরেও দীর্ঘ সময়ের জন্য মেরুকরণ বজায় রাখতে সক্ষম।

পাইজোইলেকট্রিক্স

প্রকৃতিতে ডাইলেক্ট্রিক আছে যেগুলো তাদের উপর যান্ত্রিক প্রভাব দ্বারা মেরুকৃত হয়। ক্রিস্টাল যান্ত্রিক বিকৃতি দ্বারা মেরুকৃত হয়। এই ঘটনাটি পাইজোইলেকট্রিক প্রভাব নামে পরিচিত। এটি 1880 সালে ভাই জ্যাক এবং পিয়েরে কুরি দ্বারা খোলা হয়েছিল।

উপসংহারটি নিম্নরূপ। পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্টালের পৃষ্ঠে অবস্থিত ধাতব ইলেক্ট্রোডগুলিতে, স্ফটিকের বিকৃতির মুহুর্তে একটি সম্ভাব্য পার্থক্য ঘটবে। যদি ইলেক্ট্রোডগুলি একটি তার দ্বারা বন্ধ করা হয়, তবে সার্কিটে একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ প্রদর্শিত হবে।

বিপরীত পিজোইলেক্ট্রিক প্রভাবও সম্ভব — স্ফটিকের মেরুকরণ এর বিকৃতির দিকে নিয়ে যায়। যখন পাইজোইলেকট্রিক ক্রিস্টালে প্রয়োগ করা ইলেক্ট্রোডগুলিতে ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়, তখন স্ফটিকের একটি যান্ত্রিক বিকৃতি ঘটে; এটি প্রয়োগকৃত ক্ষেত্রের শক্তি E0 এর সমানুপাতিক হবে। বর্তমানে, বিজ্ঞান 1800 টিরও বেশি ধরণের পাইজোইলেকট্রিক্স জানে। মেরু পর্যায়ের সমস্ত ফেরোইলেকট্রিক্স পাইজোইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।

পাইরোইলেকট্রিক্স

কিছু অস্তরক স্ফটিক গরম বা ঠান্ডা হলে মেরুকরণ করে, এটি পাইরোইলেকট্রিসিটি নামে পরিচিত একটি ঘটনা।উদাহরণস্বরূপ, পাইরোইলেক্ট্রিক নমুনার এক প্রান্ত উত্তপ্ত হলে ঋণাত্মকভাবে চার্জিত হয়, যখন অন্যটি ধনাত্মক চার্জ হয়। এবং যখন এটি ঠান্ডা হয়, উত্তপ্ত হওয়ার সময় যে প্রান্তটি নেতিবাচকভাবে চার্জ করা হয়েছিল তা ঠান্ডা হলে ইতিবাচক চার্জে পরিণত হবে। স্পষ্টতই, এই ঘটনাটি তার তাপমাত্রার পরিবর্তনের সাথে একটি পদার্থের প্রাথমিক মেরুকরণের পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত।

প্রতিটি pyroelectric আছে পাইজোইলেকট্রিক বৈশিষ্ট্য, কিন্তু প্রতিটি পাইজোইলেকট্রিক একটি পাইরোইলেকট্রিক নয়। কিছু পাইরোইলেক্ট্রিকের ফেরোইলেক্ট্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে, অর্থাৎ তারা স্বতঃস্ফূর্ত মেরুকরণে সক্ষম।

বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি

অস্তরক ধ্রুবকের বিভিন্ন মান সহ দুটি মাধ্যমের সীমানায়, ε-তে তীক্ষ্ণ পরিবর্তনের জায়গায় ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের শক্তি তীব্রভাবে পরিবর্তিত হয়।

ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক্সে গণনা সহজ করার জন্য, বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টর বা বৈদ্যুতিক আবেশ D চালু করা হয়েছিল।

যেহেতু E1ε1 = E2ε2, তারপর E1ε1ε0 = E2ε2ε0, যার মানে হল:

অর্থাৎ, এক পরিবেশ থেকে অন্য পরিবেশে পরিবর্তনের সময়, বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টর অপরিবর্তিত থাকে, অর্থাৎ বৈদ্যুতিক আবেশ। এটি চিত্রে স্পষ্টভাবে দেখানো হয়েছে:

ভ্যাকুয়ামে বিন্দু চার্জের জন্য, বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টর হল:

চৌম্বক ক্ষেত্রের জন্য চৌম্বকীয় প্রবাহের মতো, ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক্স একটি বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টরের প্রবাহ ব্যবহার করে।

সুতরাং, একটি অভিন্ন ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক ক্ষেত্রের জন্য, যখন বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টর D এর রেখাগুলি S অঞ্চলকে α কোণে স্বাভাবিকের দিকে অতিক্রম করে, তখন আমরা লিখতে পারি:

ভেক্টর E-এর জন্য Ostrogradsky-Gauss তত্ত্বটি আমাদের ভেক্টর D-এর জন্য সংশ্লিষ্ট উপপাদ্য পেতে দেয়।

সুতরাং, বৈদ্যুতিক স্থানচ্যুতি ভেক্টর D-এর জন্য Ostrogradsky-Gauss উপপাদ্যটি এরকম শোনাচ্ছে:

যে কোনো বদ্ধ পৃষ্ঠের মধ্য দিয়ে ভেক্টর D এর প্রবাহ শুধুমাত্র মুক্ত চার্জ দ্বারা নির্ধারিত হয়, সেই পৃষ্ঠ দ্বারা আবদ্ধ আয়তনের ভিতরের সমস্ত চার্জ দ্বারা নয়।

একটি উদাহরণ হিসাবে, আমরা ভিন্ন ε সহ দুটি অসীম বর্ধিত ডাইলেক্ট্রিক এবং একটি বাহ্যিক ক্ষেত্র E দ্বারা অনুপ্রবেশ করা দুটি মিডিয়ার মধ্যে একটি ইন্টারফেসের সাথে একটি সমস্যা বিবেচনা করতে পারি।

যদি ε2> ε1, তাহলে E1n/E2n = ε2/ε1 এবং E1t = E2t, যেহেতু ভেক্টর E-এর শুধুমাত্র স্বাভাবিক উপাদান পরিবর্তিত হয়, শুধুমাত্র ভেক্টর E-এর দিক পরিবর্তন হয়।

আমরা ভেক্টর তীব্রতা E এর প্রতিসরণ আইন পেয়েছি।

একটি ভেক্টর D এর প্রতিসরণের নিয়মটি D = εε0E এর মতো এবং এটি চিত্রটিতে চিত্রিত করা হয়েছে: