धातु और अचालक—क्या अंतर हैं?

धातुओं

किसी धातु के वैलेंस इलेक्ट्रॉन उनके परमाणुओं से कमजोर रूप से बंधे होते हैं। जब धातु के परमाणु धातु के वाष्प से संघनित होकर एक तरल या ठोस धातु बनाते हैं, तो बाहरी इलेक्ट्रॉन अब अलग-अलग परमाणुओं से बंधे नहीं होते हैं और शरीर में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं।

ये इलेक्ट्रॉन धातुओं की प्रसिद्ध महत्वपूर्ण चालकता के लिए जिम्मेदार होते हैं और इन्हें चालन इलेक्ट्रॉन कहा जाता है।

धातु के परमाणुओं को उनके वैलेंस इलेक्ट्रॉनों, यानी सकारात्मक आयनों से छीन लिया जाता है, जो क्रिस्टल जाली बनाते हैं।

क्रिस्टल जाली में, आयन संतुलन के अपने सुपरपोजिशन के आसपास अराजक दोलन करते हैं, जिन्हें जाली स्थल कहा जाता है। ये कंपन जाली की ऊष्मीय गति का प्रतिनिधित्व करते हैं और बढ़ते तापमान के साथ बढ़ते हैं।

धातु में एक विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में चालन इलेक्ट्रॉन हजारों किलोमीटर प्रति सेकंड के क्रम की गति से बेतरतीब ढंग से चलते हैं।

जब एक धातु के तार पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो चालन इलेक्ट्रॉन, उनकी अराजक गति को कमजोर किए बिना, तार के साथ एक विद्युत क्षेत्र द्वारा अपेक्षाकृत धीरे-धीरे दूर किए जाते हैं।

इस विचलन के साथ, सभी इलेक्ट्रॉन अराजक गति के अलावा, आदेशित गति की एक छोटी गति प्राप्त करते हैं (उदाहरण के लिए, प्रति सेकंड मिलीमीटर)। यह k कारणों की कमजोर गति का आदेश देता है एक तार में विद्युत प्रवाह.

पारद्युतिक

नाम रखने वाले अन्य पदार्थों के साथ स्थिति पूरी तरह से अलग है रोधक (भौतिकी की भाषा में - डाइलेक्ट्रिक्स)। डाइलेक्ट्रिक्स में, परमाणु साम्यावस्था में उसी तरह कंपन करते हैं जैसे धातुओं में, लेकिन उनके पास इलेक्ट्रॉनों का पूर्ण पूरक होता है।

ढांकता हुआ परमाणुओं के बाहरी इलेक्ट्रॉन उनके परमाणुओं से दृढ़ता से बंधे होते हैं और उन्हें अलग करना इतना आसान नहीं होता है। ऐसा करने के लिए, आपको ढांकता हुआ तापमान में काफी वृद्धि करने की आवश्यकता है या इसे किसी प्रकार के तीव्र विकिरण के अधीन करना है जो परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को छीन सकता है। सामान्य अवस्था में, परावैद्युत में कोई चालन इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं और परावैद्युत में धारा नहीं होती है।

अधिकांश डाइलेक्ट्रिक्स परमाणु नहीं बल्कि आणविक क्रिस्टल या तरल पदार्थ हैं। इसका मतलब है कि जाली स्थल परमाणु नहीं, बल्कि अणु हैं।

कई अणुओं में परमाणुओं के दो समूह या केवल दो परमाणु होते हैं, जिनमें से एक विद्युत रूप से धनात्मक होता है और दूसरा ऋणात्मक (इन्हें ध्रुवीय अणु कहा जाता है)। उदाहरण के लिए, एक पानी के अणु में, दोनों हाइड्रोजन परमाणु धनात्मक भाग होते हैं, और ऑक्सीजन परमाणु, जिसके चारों ओर हाइड्रोजन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन अधिकांश समय घूमते हैं, ऋणात्मक होते हैं।

समान परिमाण के दो आवेश लेकिन एक दूसरे से बहुत कम दूरी पर स्थित चिह्न के विपरीत द्विध्रुव कहलाते हैं। ध्रुवीय अणु द्विध्रुव के उदाहरण हैं।

यदि अणुओं में विपरीत रूप से आवेशित आयन (आवेशित परमाणु) नहीं होते हैं, अर्थात वे ध्रुवीय नहीं होते हैं और द्विध्रुव का प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं, तो वे एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत द्विध्रुव बन जाते हैं।

विद्युत क्षेत्र सकारात्मक आवेशों को खींचता है, जो एक अणु (उदाहरण के लिए, एक नाभिक) की संरचना में शामिल होते हैं, एक दिशा में, और दूसरी दिशा में ऋणात्मक आवेश और, उन्हें अलग करके, द्विध्रुव बनाता है।

इस तरह के द्विध्रुव को लोचदार कहा जाता है - क्षेत्र उन्हें वसंत की तरह फैलाता है। गैर-ध्रुवीय अणुओं के साथ एक ढांकता हुआ व्यवहार ध्रुवीय अणुओं के साथ एक ढांकता हुआ के व्यवहार से थोड़ा भिन्न होता है, और हम मान लेंगे कि ढांकता हुआ अणु द्विध्रुव हैं।

यदि ढांकता हुआ का एक टुकड़ा एक विद्युत क्षेत्र में रखा जाता है, अर्थात, एक विद्युत आवेशित शरीर को ढांकता हुआ में लाया जाता है, जिसमें एक सकारात्मक गियर होता है, तो द्विध्रुवीय अणुओं के नकारात्मक आयन इस आवेश की ओर आकर्षित होंगे, और सकारात्मक आयनों को पीछे हटाना होगा। इसलिए, द्विध्रुवीय अणु घूमेंगे। इस घुमाव को ओरिएंटेशन कहा जाता है।

अभिविन्यास सभी ढांकता हुआ अणुओं के पूर्ण रोटेशन का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। एक निश्चित समय पर यादृच्छिक रूप से लिया गया एक अणु क्षेत्र का सामना कर सकता है, और केवल अणुओं की एक औसत संख्या क्षेत्र के लिए एक कमजोर अभिविन्यास है (यानी, अधिक अणु विपरीत दिशा की तुलना में क्षेत्र का सामना कर रहे हैं)।

ओरिएंटेशन थर्मल गति से बाधित होता है - उनके संतुलन की स्थिति के आसपास अणुओं के अराजक कंपन। तापमान जितना कम होगा, किसी दिए गए क्षेत्र के कारण अणुओं का उन्मुखीकरण उतना ही मजबूत होगा। दूसरी ओर, किसी दिए गए तापमान पर अभिविन्यास स्वाभाविक रूप से मजबूत क्षेत्र है।

ढांकता हुआ ध्रुवीकरण

सकारात्मक चार्ज का सामना करने वाली सतह पर ढांकता हुआ अणुओं के उन्मुखीकरण के परिणामस्वरूप, द्विध्रुवीय अणुओं के नकारात्मक छोर दिखाई देते हैं, और विपरीत सतह पर सकारात्मक।

ढांकता हुआ की सतहों पर, विद्युत शुल्क... इन आवेशों को ध्रुवण आवेश कहते हैं और इनके होने को परावैद्युत ध्रुवीकरण की प्रक्रिया कहते हैं।

ऊपर से निम्नानुसार, ध्रुवीकरण, ढांकता हुआ के प्रकार के आधार पर, ओरिएंटल हो सकता है (तैयार द्विध्रुवीय अणु उन्मुख होते हैं) और विरूपण या इलेक्ट्रॉनिक विस्थापन ध्रुवीकरण (विद्युत क्षेत्र में अणु विकृत होते हैं, द्विध्रुव बन जाते हैं)।

यह प्रश्न उत्पन्न हो सकता है कि ध्रुवीकरण आवेश परावैद्युत की सतह पर ही क्यों बनते हैं, उसके अंदर नहीं? यह इस तथ्य से समझाया गया है कि ढांकता हुआ के अंदर द्विध्रुवीय अणुओं के सकारात्मक और नकारात्मक सिरे बस रद्द हो जाते हैं। मुआवजा केवल एक ढांकता हुआ की सतहों पर या दो ढांकता हुआ के बीच इंटरफेस में, साथ ही एक विषम ढांकता हुआ में अनुपस्थित होगा।

यदि ढांकता हुआ ध्रुवीकृत है, तो इसका मतलब यह नहीं है कि यह आवेशित है, अर्थात इसमें कुल विद्युत आवेश है। ध्रुवीकरण के साथ, ढांकता हुआ का कुल प्रभार नहीं बदलता है। हालाँकि, एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉनों को बाहर से स्थानांतरित करके या अपने स्वयं के इलेक्ट्रॉनों की एक निश्चित संख्या लेकर एक ढांकता हुआ चार्ज किया जा सकता है। पहले मामले में, ढांकता हुआ नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा, और दूसरे में - सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाएगा।

इस तरह के विद्युतीकरण का उत्पादन किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, द्वारा घर्षण से… यदि आप कांच की छड़ को रेशम पर रगड़ते हैं, तो छड़ और रेशम विपरीत आवेशों (कांच - धनात्मक, रेशम - ऋणात्मक) से आवेशित होंगे।इस मामले में, कांच की छड़ से एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉनों का चयन किया जाएगा (कांच की छड़ के सभी परमाणुओं से संबंधित इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या का एक बहुत छोटा अंश)।

इसलिए, धातुओं और अन्य कंडक्टरों में (जैसे इलेक्ट्रोलाइट्स) चार्ज शरीर में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं। दूसरी ओर, डाइलेक्ट्रिक्स, संचालन नहीं करते हैं, और उनमें शुल्क मैक्रोस्कोपिक (यानी, परमाणुओं और अणुओं के आकार की तुलना में बड़े) दूरियों को स्थानांतरित नहीं कर सकते हैं। एक विद्युत क्षेत्र में, ढांकता हुआ केवल ध्रुवीकृत होता है।

ढांकता हुआ ध्रुवीकरण एक क्षेत्र की ताकत पर जो किसी दिए गए सामग्री के लिए कुछ मूल्यों से अधिक नहीं है, वह क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होता है।

जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है, वैसे-वैसे आंतरिक बल जो अणुओं में विभिन्न चिन्हों के प्राथमिक कणों को बांधते हैं, उन कणों को अणुओं में धारण करने के लिए अपर्याप्त हो जाते हैं। तब अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल दिया जाता है, अणु आयनित हो जाता है और ढांकता हुआ अपने इन्सुलेट गुणों को खो देता है - ढांकता हुआ टूटना होता है।

विद्युत क्षेत्र की ताकत का मूल्य जिस पर ढांकता हुआ ब्रेकडाउन शुरू होता है, ब्रेकडाउन ग्रेडिएंट कहलाता है, या ढांकता हुआ ताकत।