ધાતુઓ અને ડાઇલેક્ટ્રિક્સ - શું તફાવત છે?

ધાતુઓ

ધાતુના વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન તેમના અણુઓ સાથે નબળા રીતે બંધાયેલા છે. જ્યારે ધાતુના વરાળમાંથી ઘનીકરણ થતા ધાતુના અણુઓ પ્રવાહી અથવા ઘન ધાતુ બનાવે છે, ત્યારે બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન હવે વ્યક્તિગત અણુઓ સાથે બંધાયેલા નથી અને શરીરમાં મુક્તપણે ખસેડી શકે છે.

આ ઇલેક્ટ્રોન ધાતુઓની જાણીતી નોંધપાત્ર વાહકતા માટે જવાબદાર છે અને તેમને વહન ઇલેક્ટ્રોન કહેવામાં આવે છે.

ધાતુના અણુઓ તેમના સંયોજક ઇલેક્ટ્રોનમાંથી છીનવી લે છે, એટલે કે હકારાત્મક આયન, સ્ફટિક જાળી બનાવે છે.

સ્ફટિક જાળીમાં, આયનો તેમના સમતુલાની સુપરપોઝિશનની આસપાસ અસ્તવ્યસ્ત ઓસિલેશન કરે છે, જેને જાળી સાઇટ્સ કહેવાય છે. આ સ્પંદનો જાળીની થર્મલ ગતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને વધતા તાપમાન સાથે વધે છે.

ધાતુમાં વિદ્યુત ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં વહન ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિ સેકન્ડ હજારો કિલોમીટરના ક્રમની ઝડપે અવ્યવસ્થિત રીતે આગળ વધે છે.

જ્યારે ધાતુના વાયર પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વહન ઇલેક્ટ્રોન, તેમની અસ્તવ્યસ્ત ગતિને નબળી પાડ્યા વિના, વાયર સાથેના ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દ્વારા પ્રમાણમાં ધીમેથી દૂર કરવામાં આવે છે.

આ વિચલન સાથે, બધા ઇલેક્ટ્રોન, અસ્તવ્યસ્ત ગતિ ઉપરાંત, આદેશિત ચળવળની નાની ગતિ (ઉદાહરણ તરીકે, મિલીમીટર પ્રતિ સેકન્ડના ક્રમમાં) મેળવે છે. k કારણોની આ નબળી રીતે આદેશિત હિલચાલ વાયરમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ.

ડાઇલેક્ટ્રિક્સ

નામ ધરાવતા અન્ય પદાર્થો સાથે પરિસ્થિતિ સંપૂર્ણપણે અલગ છે ઇન્સ્યુલેટર (ભૌતિકશાસ્ત્રની ભાષામાં - ડાઇલેક્ટ્રિક્સ). ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં, અણુઓ ધાતુઓની જેમ જ સંતુલન વિશે વાઇબ્રેટ કરે છે, પરંતુ તેમાં ઇલેક્ટ્રોનનો સંપૂર્ણ પૂરક હોય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક અણુઓના બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન તેમના અણુઓ સાથે મજબૂત રીતે બંધાયેલા છે અને તેમને અલગ કરવા એટલા સરળ નથી. આ કરવા માટે, તમારે ડાઇલેક્ટ્રિકના તાપમાનમાં નોંધપાત્ર વધારો કરવાની જરૂર છે અથવા તેને અમુક પ્રકારના તીવ્ર રેડિયેશનને આધિન કરવાની જરૂર છે જે અણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને છીનવી શકે છે. સામાન્ય સ્થિતિમાં, ડાઇલેક્ટ્રિકમાં કોઈ વહન ઇલેક્ટ્રોન નથી અને ડાઇલેક્ટ્રિક્સ વર્તમાન વહન કરતા નથી.

મોટાભાગના ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અણુ નથી પરંતુ મોલેક્યુલર સ્ફટિકો અથવા પ્રવાહી છે. આનો અર્થ એ છે કે જાળીની સાઇટ્સ અણુઓ નથી, પરંતુ પરમાણુઓ છે.

ઘણા અણુઓમાં અણુઓના બે જૂથો અથવા માત્ર બે અણુઓ હોય છે, જેમાંથી એક વિદ્યુત રીતે સકારાત્મક હોય છે અને અન્ય નકારાત્મક (આને ધ્રુવીય અણુઓ કહેવામાં આવે છે). ઉદાહરણ તરીકે, પાણીના પરમાણુમાં, બંને હાઇડ્રોજન પરમાણુ હકારાત્મક ભાગ છે, અને ઓક્સિજન અણુ, જેની આસપાસ હાઇડ્રોજન પરમાણુના ઇલેક્ટ્રોન મોટાભાગે ફરે છે, તે નકારાત્મક છે.

સમાન તીવ્રતાના બે ચાર્જિસ એકબીજાથી ખૂબ જ ઓછા અંતરે સ્થિત ચિહ્નમાં વિરુદ્ધ હોય છે તેને દ્વિધ્રુવ કહેવામાં આવે છે. ધ્રુવીય અણુઓ દ્વિધ્રુવના ઉદાહરણો છે.

જો પરમાણુઓ વિપરીત રીતે ચાર્જ થયેલ આયનો (ચાર્જ્ડ અણુઓ) નો સમાવેશ કરતા નથી, એટલે કે, તેઓ ધ્રુવીય નથી અને દ્વિધ્રુવોનું પ્રતિનિધિત્વ કરતા નથી, તો પછી તેઓ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ દ્વિધ્રુવ બની જાય છે.

વિદ્યુત ક્ષેત્ર સકારાત્મક ચાર્જ ખેંચે છે, જે એક દિશામાં પરમાણુ (ઉદાહરણ તરીકે, ન્યુક્લિયસ) ની રચનામાં સમાવિષ્ટ છે, અને બીજી દિશામાં નકારાત્મક ચાર્જ અને, તેમને અલગ પાડીને, દ્વિધ્રુવો બનાવે છે.

આવા દ્વિધ્રુવોને સ્થિતિસ્થાપક કહેવામાં આવે છે - ક્ષેત્ર તેમને ઝરણાની જેમ વિસ્તરે છે. બિન-ધ્રુવીય અણુઓ સાથે ડાઇલેક્ટ્રિકનું વર્તન ધ્રુવીય અણુઓ સાથેના ડાઇલેક્ટ્રિકના વર્તનથી થોડું અલગ છે, અને અમે ધારીશું કે ડાઇલેક્ટ્રિક અણુઓ દ્વિધ્રુવ છે.

જો ડાઇલેક્ટ્રિકનો ટુકડો ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં મૂકવામાં આવે છે, એટલે કે, ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ્ડ બોડીને ડાઇલેક્ટ્રિકમાં લાવવામાં આવે છે, જેમાં, ઉદાહરણ તરીકે, હકારાત્મક ગિયર હોય છે, તો દ્વિધ્રુવીય પરમાણુઓના નકારાત્મક આયનો આ ચાર્જ તરફ આકર્ષિત થશે, અને હકારાત્મક આયનો ભગાડવામાં આવશે. તેથી, દ્વિધ્રુવીય અણુઓ ફરશે. આ પરિભ્રમણને ઓરિએન્ટેશન કહેવામાં આવે છે.

ઓરિએન્ટેશન તમામ ડાઇલેક્ટ્રિક અણુઓના સંપૂર્ણ પરિભ્રમણનું પ્રતિનિધિત્વ કરતું નથી. આપેલ સમયે અવ્યવસ્થિત રીતે લેવામાં આવેલ પરમાણુ ક્ષેત્રનો સામનો કરી શકે છે, અને માત્ર સરેરાશ સંખ્યાના અણુઓ ક્ષેત્ર તરફ નબળા અભિગમ ધરાવે છે (એટલે ​​​​કે, વધુ પરમાણુઓ વિરુદ્ધ દિશામાં કરતાં ક્ષેત્રનો સામનો કરી રહ્યા છે).

ઓરિએન્ટેશન થર્મલ ગતિ દ્વારા અવરોધાય છે - તેમની સંતુલન સ્થિતિની આસપાસ પરમાણુઓના અસ્તવ્યસ્ત સ્પંદનો. તાપમાન જેટલું નીચું, આપેલ ક્ષેત્રને કારણે પરમાણુઓની દિશા વધુ મજબૂત. બીજી બાજુ, આપેલ તાપમાને ઓરિએન્ટેશન કુદરતી રીતે ક્ષેત્ર જેટલું મજબૂત હોય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક ધ્રુવીકરણ

સકારાત્મક ચાર્જનો સામનો કરતી સપાટી પરના ડાઇલેક્ટ્રિક પરમાણુઓની દિશાના પરિણામે, દ્વિધ્રુવીય પરમાણુઓના નકારાત્મક છેડા દેખાય છે, અને સકારાત્મક વિરુદ્ધ સપાટી પર.

ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી પર, વિદ્યુત શુલ્ક… આ શુલ્કને ધ્રુવીકરણ શુલ્ક કહેવામાં આવે છે અને તેમની ઘટનાને ડાઇલેક્ટ્રિક ધ્રુવીકરણની પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે.

ઉપરોક્તમાંથી નીચે મુજબ, ધ્રુવીકરણ, ડાઇલેક્ટ્રિકના પ્રકાર પર આધાર રાખીને, ઓરિએન્ટેશનલ (તૈયાર દ્વિધ્રુવીય પરમાણુઓ લક્ષી હોય છે) અને વિરૂપતા અથવા ઇલેક્ટ્રોનિક વિસ્થાપન ધ્રુવીકરણ (ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રમાં અણુઓ વિકૃત થઈને દ્વિધ્રુવ બની જાય છે) હોઈ શકે છે.

પ્રશ્ન ઊભો થઈ શકે છે કે શા માટે ધ્રુવીકરણ શુલ્ક માત્ર ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી પર જ રચાય છે અને તેની અંદર નથી? આ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે ડાઇલેક્ટ્રિકની અંદર દ્વિધ્રુવીય પરમાણુઓના હકારાત્મક અને નકારાત્મક છેડા ખાલી રદ થાય છે. વળતર ફક્ત ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી પર અથવા બે ડાઇલેક્ટ્રિક વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર તેમજ અસંગત ડાઇલેક્ટ્રિકમાં ગેરહાજર રહેશે.

જો ડાઇલેક્ટ્રિક પોલરાઇઝ્ડ હોય, તો તેનો અર્થ એ નથી કે તે ચાર્જ થાય છે, એટલે કે, તેની પાસે કુલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ છે. ધ્રુવીકરણ સાથે, ડાઇલેક્ટ્રિકનો કુલ ચાર્જ બદલાતો નથી. જો કે, બહારથી અમુક ચોક્કસ સંખ્યામાં ઈલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર કરીને અથવા તેના પોતાના ઈલેક્ટ્રોનની ચોક્કસ સંખ્યા લઈને ડાઇલેક્ટ્રિકને ચાર્જ આપી શકાય છે. પ્રથમ કિસ્સામાં, ડાઇલેક્ટ્રિક નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવશે, અને બીજામાં - હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવામાં આવશે.

આવા વિદ્યુતીકરણનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, દ્વારા ઘર્ષણ દ્વારા… જો તમે રેશમ પર કાચનો સળિયો ઘસો છો, તો સળિયા અને રેશમ પર વિરોધી શુલ્ક (ગ્લાસ - પોઝિટિવ, સિલ્ક - નેગેટિવ) વસૂલવામાં આવશે.આ કિસ્સામાં, કાચની સળિયામાંથી ચોક્કસ સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન પસંદ કરવામાં આવશે (કાચની સળિયાના તમામ અણુઓ સાથે જોડાયેલા ઇલેક્ટ્રોનની કુલ સંખ્યાનો ખૂબ જ નાનો અપૂર્ણાંક).

તેથી, ધાતુઓ અને અન્ય વાહકમાં (દા.ત. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ) ચાર્જ શરીરમાં મુક્તપણે ખસેડી શકે છે. બીજી બાજુ, ડાઇલેક્ટ્રિક્સ વહન કરતા નથી, અને તેમાં ચાર્જ મેક્રોસ્કોપિક (એટલે ​​​​કે, અણુઓ અને અણુઓના કદની તુલનામાં મોટા) અંતરને ખસેડી શકતા નથી. ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં, ડાઇલેક્ટ્રિક માત્ર ધ્રુવીકરણ થાય છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક ધ્રુવીકરણ ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ પર કે જે આપેલ સામગ્રી માટે ચોક્કસ મૂલ્યો કરતાં વધી નથી તે ક્ષેત્રની શક્તિના પ્રમાણસર છે.

જેમ જેમ વોલ્ટેજ વધે છે, તેમ છતાં, આંતરિક દળો કે જે પરમાણુઓમાં વિવિધ ચિહ્નોના પ્રાથમિક કણોને બાંધે છે તે તે કણોને પરમાણુઓમાં પકડી રાખવા માટે અપર્યાપ્ત બની જાય છે. પછી પરમાણુઓમાંથી ઇલેક્ટ્રોન બહાર કાઢવામાં આવે છે, પરમાણુ આયનીકરણ થાય છે અને ડાઇલેક્ટ્રિક તેના ઇન્સ્યુલેટીંગ ગુણધર્મો ગુમાવે છે — ડાઇલેક્ટ્રિક બ્રેકડાઉન થાય છે.

વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાતનું મૂલ્ય કે જેના પર ડાઇલેક્ટ્રિક બ્રેકડાઉન શરૂ થાય છે તેને બ્રેકડાઉન ગ્રેડિયન્ટ કહેવામાં આવે છે, અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક તાકાત.