மின்சார புலத்தில் மின்கடத்தா

மனிதகுலத்திற்குத் தெரிந்த அனைத்து பொருட்களும் மின்சாரத்தை வெவ்வேறு அளவுகளில் நடத்தும் திறன் கொண்டவை: சில மின்னோட்டத்தை சிறப்பாக நடத்துகின்றன, மற்றவை மோசமாக உள்ளன, மற்றவை அதை நடத்துவதில்லை. இந்த திறனின் படி, பொருட்கள் மூன்று முக்கிய வகுப்புகளாக பிரிக்கப்படுகின்றன:

• மின்கடத்தா;

• குறைக்கடத்திகள்;

• நடத்துனர்கள்.

ஒரு சிறந்த மின்கடத்தா குறிப்பிடத்தக்க தூரத்திற்கு நகரும் திறன் கொண்ட கட்டணங்களை கொண்டிருக்கவில்லை, அதாவது, ஒரு சிறந்த மின்கடத்தாவில் இலவச கட்டணங்கள் இல்லை. இருப்பினும், வெளிப்புற மின்னியல் புலத்தில் வைக்கப்படும் போது, ​​மின்கடத்தா அதற்கு எதிர்வினையாற்றுகிறது. மின்கடத்தா துருவமுனைப்பு ஏற்படுகிறது, அதாவது, மின்சார புலத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ், மின்கடத்தாவில் உள்ள கட்டணங்கள் இடம்பெயர்கின்றன. இந்த பண்பு, ஒரு மின்கடத்தா துருவமுனைக்கும் திறன், மின்கடத்தாவின் அடிப்படை சொத்து.

இவ்வாறு, மின்கடத்தா துருவமுனைப்பு துருவமுனைப்பின் மூன்று கூறுகளை உள்ளடக்கியது:

• மின்னணு;

• ஜோனா;

• இருமுனை (நோக்குநிலை).

துருவமுனைப்பில், மின்னியல் புலத்தின் செயல்பாட்டின் கீழ் கட்டணங்கள் இடம்பெயர்கின்றன. இதன் விளைவாக, ஒவ்வொரு அணுவும் அல்லது ஒவ்வொரு மூலக்கூறும் ஒரு மின் கணம் P ஐ உருவாக்குகிறது.

மின்கடத்தாவுக்குள் உள்ள இருமுனைகளின் கட்டணங்கள் பரஸ்பரம் ஈடுசெய்யப்படுகின்றன, ஆனால் மின்புலத்தின் ஆதாரமாக செயல்படும் மின்முனைகளுக்கு அருகிலுள்ள வெளிப்புற பரப்புகளில், மேற்பரப்பு தொடர்பான கட்டணங்கள் தோன்றும், அவை தொடர்புடைய மின்முனையின் கட்டணத்திற்கு எதிர் அடையாளத்தைக் கொண்டுள்ளன.

தொடர்புடைய மின்னியல் புலம் E' எப்போதும் வெளிப்புற மின்னியல் புலம் E0 க்கு எதிராக இயக்கப்படுகிறது. மின்கடத்தா உள்ளே E = E0 - E 'க்கு சமமான மின்சார புலம் உள்ளது என்று மாறிவிடும்.

ஒரு மின்கடத்தா மூலம் ஒரு இணையான குழாய் வடிவில் செய்யப்பட்ட ஒரு உடல் வலிமை E0 மின்னியல் புலத்தில் வைக்கப்பட்டால், அதன் மின் கணத்தை சூத்திரம் மூலம் கணக்கிடலாம்: P = qL = σ'SL = σ'SlCosφ, இதில் σ' தொடர்புடைய கட்டணங்களின் மேற்பரப்பு அடர்த்தி, மற்றும் φ என்பது S பகுதியின் முகத்தின் மேற்பரப்பிற்கும் அதற்கு இயல்பானதாகவும் உள்ள கோணமாகும்.

கூடுதலாக, n - மின்கடத்தா மற்றும் P1 அலகு தொகுதிக்கு மூலக்கூறுகளின் செறிவு - ஒரு மூலக்கூறின் மின் கணம், நாம் துருவமுனைப்பு திசையன் மதிப்பைக் கணக்கிடலாம், அதாவது, மின்கடத்தா அலகு தொகுதிக்கு மின்சார தருணம்.

இப்போது parallelepiped V = SlCos φ இன் தொகுதிக்கு மாற்றாக, துருவமுனைப்பு கட்டணங்களின் மேற்பரப்பு அடர்த்தியானது, மேற்பரப்பில் கொடுக்கப்பட்ட புள்ளியில் உள்ள துருவமுனைப்பு திசையனின் இயல்பான கூறுக்கு எண்ரீதியாக சமமாக இருக்கும் என்று முடிவு செய்வது எளிது. தர்க்கரீதியான விளைவு என்னவென்றால், மின்கடத்தாவில் தூண்டப்பட்ட மின்னியல் புலம் E' பயன்படுத்தப்பட்ட வெளிப்புற மின்னியல் புலம் E இன் இயல்பான கூறுகளை மட்டுமே பாதிக்கிறது.

மின்னழுத்தம், துருவமுனைப்பு மற்றும் வெற்றிடத்தின் மின்கடத்தா மாறிலி ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் ஒரு மூலக்கூறின் மின்சார தருணத்தை எழுதிய பிறகு, துருவமுனைப்பு திசையன் பின்வருமாறு எழுதலாம்:

α என்பது கொடுக்கப்பட்ட பொருளின் ஒரு மூலக்கூறின் துருவமுனைப்புத்தன்மை, மற்றும் χ = nα என்பது மின்கடத்தா உணர்திறன் ஆகும், இது ஒரு யூனிட் தொகுதிக்கு துருவமுனைப்பைக் குறிக்கும் மேக்ரோஸ்கோபிக் அளவு. மின்கடத்தா உணர்திறன் ஒரு பரிமாணமற்ற அளவு.

இதனால், விளைந்த மின்னியல் புலம் E மாறுகிறது, E0 உடன் ஒப்பிடும்போது, ​​சாதாரண கூறு மட்டுமே. புலத்தின் தொடுநிலை கூறு (மேற்பரப்பிற்கு தொடுநிலையாக இயக்கப்பட்டது) மாறாது. இதன் விளைவாக, திசையன் வடிவத்தில், விளைந்த புல வலிமையின் மதிப்பை எழுதலாம்:

மின்கடத்தாவில் விளைந்த மின்னியல் புலத்தின் வலிமையின் மதிப்பு, நடுத்தர ε இன் மின்கடத்தா மாறிலியால் வகுக்கப்பட்ட வெளிப்புற மின்னியல் புலத்தின் வலிமைக்கு சமம்:

நடுத்தரத்தின் மின்கடத்தா மாறிலி ε = 1 + χ மின்கடத்தாவின் முக்கிய பண்பு மற்றும் அதன் மின் பண்புகளைக் குறிக்கிறது. இந்த குணாதிசயத்தின் இயற்பியல் பொருள் என்னவென்றால், கொடுக்கப்பட்ட மின்கடத்தா ஊடகத்தில் புல வலிமை E வெற்றிடத்தில் உள்ள வலிமை E0 ஐ விட எத்தனை மடங்கு சிறியது என்பதைக் காட்டுகிறது:

ஒரு ஊடகத்திலிருந்து மற்றொரு ஊடகத்திற்குச் செல்லும் போது, ​​மின்னியல் புலத்தின் வலிமை கூர்மையாக மாறுகிறது, மேலும் பந்தின் மின்கடத்தா மாறிலியிலிருந்து வேறுபட்ட மின்கடத்தா மாறிலி ε2 கொண்ட ஒரு ஊடகத்தில் மின்கடத்தா பந்தின் ஆரம் மீது புல வலிமையின் சார்பு வரைபடம். ε1 இதைப் பிரதிபலிக்கிறது:

ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ்

1920 தன்னிச்சையான துருவமுனைப்பு நிகழ்வு கண்டுபிடிக்கப்பட்ட ஆண்டு. இந்த நிகழ்வுக்கு எளிதில் பாதிக்கப்படக்கூடிய பொருட்களின் குழு ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ் அல்லது ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ் என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ் பண்புகளின் அனிசோட்ரோபியால் வகைப்படுத்தப்படுவதால் இந்த நிகழ்வு ஏற்படுகிறது, இதில் ஃபெரோஎலக்ட்ரிக் நிகழ்வுகள் படிக அச்சுகளில் ஒன்றில் மட்டுமே காண முடியும். ஐசோட்ரோபிக் மின்கடத்தாக்களில், அனைத்து மூலக்கூறுகளும் ஒரே மாதிரியாக துருவப்படுத்தப்படுகின்றன.அனிசோட்ரோபிக் - வெவ்வேறு திசைகளில், துருவமுனைப்பு திசையன்கள் திசையில் வேறுபட்டவை.

ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ் ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலை வரம்பில் மின்கடத்தா மாறிலி ε இன் உயர் மதிப்புகளால் வேறுபடுகிறது:

இந்த வழக்கில், ε இன் மதிப்பு மாதிரிக்கு பயன்படுத்தப்படும் வெளிப்புற மின்னியல் புலம் E மற்றும் மாதிரியின் வரலாறு இரண்டையும் சார்ந்துள்ளது. மின்கடத்தா மாறிலி மற்றும் மின் கணம் இங்கு நேரியல் அல்லாத மின் விசையைச் சார்ந்தது, எனவே ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ் நேரியல் அல்லாத மின்கடத்தாவைச் சேர்ந்தது.

ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ் கியூரி புள்ளியால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது, அதாவது, ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையிலிருந்து தொடங்கி, ஃபெரோஎலக்ட்ரிக் விளைவு மறைந்துவிடும். இந்த வழக்கில், இரண்டாவது வரிசையின் ஒரு கட்ட மாற்றம் ஏற்படுகிறது, எடுத்துக்காட்டாக, பேரியம் டைட்டனேட்டுக்கு, கியூரி புள்ளியின் வெப்பநிலை + 133 ° C, ரோசெல் உப்பு -18 ° C முதல் + 24 ° C வரை, லித்தியம் நியோபேட்டுக்கு + 1210 ° C.

மின்கடத்தாக்கள் நேரியல் அல்லாத துருவப்படுத்தப்பட்டதால், மின்கடத்தா ஹிஸ்டெரிசிஸ் இங்கு நடைபெறுகிறது. வரைபடத்தின் "a" புள்ளியில் செறிவு ஏற்படுகிறது. Ec - கட்டாய சக்தி, பிசி - எஞ்சிய துருவமுனைப்பு. துருவமுனைப்பு வளைவு ஹிஸ்டெரிசிஸ் லூப் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

குறைந்தபட்ச ஆற்றலை நோக்கிய போக்கு மற்றும் அவற்றின் கட்டமைப்பில் உள்ள குறைபாடுகள் காரணமாக, ஃபெரோஎலக்ட்ரிக்ஸ் உள்நாட்டில் களங்களாக உடைக்கப்படுகின்றன. களங்கள் வெவ்வேறு துருவமுனைப்பு திசைகளைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் வெளிப்புற புலம் இல்லாத நிலையில் அவற்றின் மொத்த இருமுனை கணம் கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியமாக இருக்கும்.

வெளிப்புற புலம் E இன் செயல்பாட்டின் கீழ், களங்களின் எல்லைகள் மாற்றப்படுகின்றன, மேலும் புலத்தைப் பொறுத்து துருவப்படுத்தப்பட்ட சில பகுதிகள் E புலத்தின் திசையில் களங்களின் துருவமுனைப்புக்கு பங்களிக்கின்றன.

அத்தகைய கட்டமைப்பின் தெளிவான உதாரணம் BaTiO3 இன் டெட்ராகோனல் மாற்றம் ஆகும்.

போதுமான வலுவான புலம் E இல், படிகமானது ஒற்றை-டொமைனாக மாறும், மேலும் வெளிப்புற புலத்தை அணைத்த பிறகு, துருவமுனைப்பு நிலைத்திருக்கும் (இது எஞ்சிய துருவமுனைப்பு Pc).

எதிரெதிர் அடையாளத்துடன் உள்ள பகுதிகளின் அளவை சமப்படுத்த, மாதிரிக்கு ஒரு வெளிப்புற மின்னியல் புலம் Ec, ஒரு கட்டாய புலம், எதிர் திசையில் பயன்படுத்த வேண்டியது அவசியம்.

எலக்ட்ரீஷியன்கள்

மின்கடத்தாக்களில், நிரந்தர காந்தங்களின் மின் ஒப்புமைகள் உள்ளன - மின்முனைகள். வெளிப்புற மின்சார புலம் அணைக்கப்பட்ட பிறகும் நீண்ட நேரம் துருவமுனைப்பை பராமரிக்கக்கூடிய சிறப்பு மின்கடத்தா இவை.

பைசோ எலக்ட்ரிக்ஸ்

இயற்கையில் மின்கடத்தாக்கள் உள்ளன, அவை அவற்றின் மீது இயந்திர தாக்கத்தால் துருவப்படுத்தப்படுகின்றன. படிகமானது இயந்திர உருமாற்றத்தால் துருவப்படுத்தப்படுகிறது. இந்த நிகழ்வு பைசோ எலக்ட்ரிக் விளைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது 1880 இல் சகோதரர்கள் ஜாக் மற்றும் பியர் கியூரி ஆகியோரால் திறக்கப்பட்டது.

முடிவு பின்வருமாறு. பைசோ எலக்ட்ரிக் படிகத்தின் மேற்பரப்பில் அமைந்துள்ள உலோக மின்முனைகளில், படிகத்தின் சிதைவின் தருணத்தில் சாத்தியமான வேறுபாடு ஏற்படும். மின்முனைகள் ஒரு கம்பியால் மூடப்பட்டிருந்தால், மின்சுற்றில் ஒரு மின்சாரம் தோன்றும்.

தலைகீழ் பைசோ எலக்ட்ரிக் விளைவும் சாத்தியமாகும் - படிகத்தின் துருவமுனைப்பு அதன் சிதைவுக்கு வழிவகுக்கிறது.பைசோ எலக்ட்ரிக் படிகத்திற்கு பயன்படுத்தப்படும் மின்முனைகளுக்கு மின்னழுத்தம் பயன்படுத்தப்படும் போது, ​​படிகத்தின் இயந்திர சிதைவு ஏற்படுகிறது; இது பயன்படுத்தப்பட்ட புல வலிமை E0க்கு விகிதாசாரமாக இருக்கும். தற்போது, ​​விஞ்ஞானம் 1800 க்கும் மேற்பட்ட பீசோ எலக்ட்ரிக்ஸ் வகைகளை அறிந்திருக்கிறது. துருவ கட்டத்தில் உள்ள அனைத்து ஃபெரோ எலக்ட்ரிக்களும் பைசோ எலக்ட்ரிக் பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன.

பைரோ எலக்ட்ரிக்ஸ்

சில மின்கடத்தா படிகங்கள் சூடாக்கப்படும்போது அல்லது குளிரூட்டப்படும்போது துருவமடைகின்றன, இது பைரோஎலக்ட்ரிசிட்டி எனப்படும் நிகழ்வு.எடுத்துக்காட்டாக, பைரோ எலக்ட்ரிக் மாதிரியின் ஒரு முனை சூடாக்கும்போது எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்படுகிறது, மற்றொன்று நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்படுகிறது. மேலும் அது குளிர்ச்சியடையும் போது, ​​சூடாக்கப்படும் போது எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட முனையானது குளிர்ந்தவுடன் நேர்மறையாக சார்ஜ் ஆகும். வெளிப்படையாக, இந்த நிகழ்வு அதன் வெப்பநிலையில் மாற்றத்துடன் ஒரு பொருளின் ஆரம்ப துருவமுனைப்பில் ஏற்படும் மாற்றத்துடன் தொடர்புடையது.

ஒவ்வொரு பைரோ எலக்ட்ரிக் உள்ளது பைசோ எலக்ட்ரிக் பண்புகள், ஆனால் ஒவ்வொரு பைசோ எலக்ட்ரிக் ஒரு பைரோ எலக்ட்ரிக் அல்ல. சில பைரோ எலக்ட்ரிக்ஸ் ஃபெரோஎலக்ட்ரிக் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, அதாவது அவை தன்னிச்சையான துருவமுனைப்பு திறன் கொண்டவை.

மின் இடப்பெயர்ச்சி

மின்கடத்தா மாறிலியின் வெவ்வேறு மதிப்புகளைக் கொண்ட இரண்டு ஊடகங்களின் எல்லையில், மின்னியல் புலம் E இன் வலிமை ε இல் கூர்மையான மாற்றங்களின் இடத்தில் தீவிரமாக மாறுகிறது.

மின்னியல்களில் கணக்கீடுகளை எளிமைப்படுத்த, மின்சார இடப்பெயர்ச்சி திசையன் அல்லது மின்சார தூண்டல் D அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது.

E1ε1 = E2ε2 என்பதால், E1ε1ε0 = E2ε2ε0, அதாவது:

அதாவது, ஒரு சூழலில் இருந்து மற்றொரு சூழலுக்கு மாறும்போது, ​​மின்சார இடப்பெயர்ச்சி திசையன் மாறாமல் உள்ளது, அதாவது மின்சார தூண்டல். இது படத்தில் தெளிவாகக் காட்டப்பட்டுள்ளது:

வெற்றிடத்தில் ஒரு புள்ளி கட்டணத்திற்கு, மின் இடப்பெயர்ச்சி திசையன்:

காந்தப்புலங்களுக்கான காந்தப் பாய்ச்சலைப் போலவே, மின்னியல் ஒரு மின் இடப்பெயர்ச்சி திசையன் பாய்ச்சலைப் பயன்படுத்துகிறது.

எனவே, ஒரு சீரான மின்னியல் புலத்திற்கு, மின் இடப்பெயர்ச்சி திசையன் D இன் கோடுகள் S பகுதியை ஒரு கோணத்தில் α இயல்பைக் கடக்கும்போது, ​​​​நாம் எழுதலாம்:

திசையன் E க்கான Ostrogradsky-Gauss தேற்றம், திசையன் Dக்கான தொடர்புடைய தேற்றத்தைப் பெற அனுமதிக்கிறது.

எனவே, மின்சார இடப்பெயர்ச்சி திசையன் D க்கான ஆஸ்ட்ரோகிராட்ஸ்கி-காஸ் தேற்றம் இப்படி ஒலிக்கிறது:

எந்த மூடிய மேற்பரப்பிலும் திசையன் D இன் ஃப்ளக்ஸ் இலவச கட்டணங்களால் மட்டுமே தீர்மானிக்கப்படுகிறது, அந்த மேற்பரப்பால் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட தொகுதிக்குள் உள்ள அனைத்து கட்டணங்களால் அல்ல.

எடுத்துக்காட்டாக, வெவ்வேறு ε உடன் இரண்டு எல்லையற்ற நீட்டிக்கப்பட்ட மின்கடத்தா மற்றும் வெளிப்புற புலம் E மூலம் ஊடுருவிய இரண்டு ஊடகங்களுக்கு இடையிலான இடைமுகத்துடன் ஒரு சிக்கலைக் கருத்தில் கொள்ளலாம்.

ε2> ε1 எனில், E1n / E2n = ε2 / ε1 மற்றும் E1t = E2t என்று கணக்கில் எடுத்துக் கொண்டால், திசையன் E இன் இயல்பான கூறு மட்டுமே மாறுவதால், திசையன் E இன் திசை மட்டுமே மாறுகிறது.

திசையன் தீவிரம் E இன் ஒளிவிலகல் விதியைப் பெற்றோம்.

திசையன் D க்கான ஒளிவிலகல் விதி D = εε0E போன்றது மற்றும் இது படத்தில் விளக்கப்பட்டுள்ளது: