برقی میدان میں ڈائی الیکٹرکس

بنی نوع انسان کے لیے جانی جانے والی تمام چیزیں مختلف ڈگریوں تک برقی کرنٹ چلانے کی صلاحیت رکھتی ہیں: کچھ کرنٹ کو بہتر طریقے سے چلاتے ہیں، کچھ بدتر، دوسرے اسے مشکل سے ہی چلاتے ہیں۔ اس قابلیت کے مطابق مادوں کو تین اہم طبقات میں تقسیم کیا گیا ہے۔

• ڈائی الیکٹرک

• سیمی کنڈکٹر؛

• کنڈکٹر۔

ایک مثالی ڈائی الیکٹرک میں کوئی چارجز نہیں ہوتے ہیں جو اہم فاصلے پر منتقل کرنے کے قابل ہوتے ہیں، یعنی مثالی ڈائی الیکٹرک میں کوئی مفت چارجز نہیں ہوتے ہیں۔ تاہم، جب کسی بیرونی الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ میں رکھا جاتا ہے، تو ڈائی الیکٹرک اس پر رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ ڈائی الیکٹرک پولرائزیشن ہوتی ہے، یعنی برقی فیلڈ کے عمل کے تحت، ڈائی الیکٹرک میں چارجز بے گھر ہو جاتے ہیں۔ یہ خاصیت، ایک ڈائی الیکٹرک کی پولرائز کرنے کی صلاحیت، ڈائی الیکٹرکس کی بنیادی خاصیت ہے۔

اس طرح، ڈائی الیکٹرکس کے پولرائزیشن میں پولرائزیبلٹی کے تین اجزاء شامل ہیں:

• الیکٹرانک؛

• جونا؛

• ڈوپول (واقفیت)۔

پولرائزیشن میں، چارجز الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ کی کارروائی کے تحت بے گھر ہو جاتے ہیں۔ نتیجے کے طور پر، ہر ایٹم یا ہر مالیکیول ایک برقی لمحہ P تخلیق کرتا ہے۔

ڈائی الیکٹرک کے اندر موجود ڈائی پولس کے چارجز کو باہمی طور پر معاوضہ دیا جاتا ہے، لیکن الیکٹروڈز سے ملحق بیرونی سطحوں پر جو برقی میدان کے ماخذ کے طور پر کام کرتے ہیں، سطح سے متعلقہ چارجز ظاہر ہوتے ہیں جو متعلقہ الیکٹروڈ کے چارج کے مخالف علامت رکھتے ہیں۔

متعلقہ چارجز E' کا الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ ہمیشہ بیرونی الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ E0 کے خلاف ہوتا ہے۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ ڈائی الیکٹرک کے اندر ایک برقی فیلڈ E = E0 — E ' کے برابر ہے۔

اگر متوازی پائپ کی شکل میں ڈائی الیکٹرک سے بنے ہوئے جسم کو طاقت E0 کے الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ میں رکھا جائے، تو اس کے برقی لمحے کو فارمولے سے شمار کیا جا سکتا ہے: P = qL = σ'SL = σ'SlCosφ، جہاں σ' ہے متعلقہ چارجز کی سطحی کثافت، اور φ رقبہ S کے چہرے کی سطح اور اس کے نارمل کے درمیان زاویہ ہے۔

اس کے علاوہ، n — ڈائی الیکٹرک اور P1 کے فی یونٹ حجم کے مالیکیولز کا ارتکاز — ایک مالیکیول کے برقی لمحے کو جانتے ہوئے، ہم پولرائزیشن ویکٹر کی قدر کا حساب لگا سکتے ہیں، یعنی ڈائی الیکٹرک کے فی یونٹ حجم کا برقی لمحہ۔

اب متوازی پائپڈ V = SlCos φ کے حجم کو تبدیل کرتے ہوئے، یہ نتیجہ اخذ کرنا آسان ہے کہ پولرائزیشن چارجز کی سطحی کثافت عددی طور پر سطح پر دیے گئے نقطہ پر پولرائزیشن ویکٹر کے عام جزو کے برابر ہے۔ منطقی نتیجہ یہ ہے کہ ڈائی الیکٹرک میں شامل الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ E' لاگو بیرونی الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ E کے صرف عام جزو کو متاثر کرتا ہے۔

وولٹیج، پولرائزیبلٹی اور ویکیوم کے ڈائی الیکٹرک مستقل کے لحاظ سے مالیکیول کے برقی لمحے کو لکھنے کے بعد، پولرائزیشن ویکٹر کو اس طرح لکھا جا سکتا ہے:

جہاں α کسی دیے گئے مادے کے ایک مالیکیول کی پولرائزیبلٹی ہے، اور χ = nα ڈائی الیکٹرک حساسیت ہے، ایک میکروسکوپک مقدار جو پولرائزیشن فی یونٹ حجم کی خصوصیت رکھتی ہے۔ ڈائی الیکٹرک حساسیت ایک طول و عرض کے بغیر مقدار ہے۔

اس طرح، نتیجے میں الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ E تبدیل ہوتا ہے، E0 کے مقابلے میں، صرف عام جزو۔ فیلڈ کا ٹینجینٹل جزو (سطح کی طرف ٹینجینٹل ہدایت کی گئی) تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، ویکٹر کی شکل میں، نتیجے میں فیلڈ کی طاقت کی قدر لکھی جا سکتی ہے:

ڈائی الیکٹرک میں نتیجے میں آنے والے الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ کی طاقت کی قدر بیرونی الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ کی طاقت کے برابر ہے جس کو میڈیم ε کے ڈائی الیکٹرک مستقل سے تقسیم کیا گیا ہے:

درمیانے درجے کا ڈائی الیکٹرک مستقل ε = 1 + χ ڈائی الیکٹرک کی اہم خصوصیت ہے اور اس کی برقی خصوصیات کی نشاندہی کرتا ہے۔ اس خصوصیت کا جسمانی مطلب یہ ہے کہ یہ ظاہر کرتا ہے کہ دیے گئے ڈائی الیکٹرک میڈیم میں فیلڈ کی طاقت E خلا میں طاقت E0 سے کتنی بار چھوٹی ہے:

ایک میڈیم سے دوسرے میڈیم میں جاتے وقت، الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ کی طاقت تیزی سے تبدیل ہوتی ہے، اور ایک ڈائی الیکٹرک گیند کے رداس پر فیلڈ کی طاقت کے انحصار کا گراف جس میں ڈائی الیکٹرک مستقل ε2 گیند کے ڈائی الیکٹرک کانسٹینٹ سے مختلف ہوتا ہے۔ ε1 اس کی عکاسی کرتا ہے:

فیرو الیکٹرک

1920 بے ساختہ پولرائزیشن کے رجحان کی دریافت کا سال تھا۔ اس رجحان کے لیے حساس مادوں کے گروپ کو فیرو الیکٹرک یا فیرو الیکٹرکس کہا جاتا ہے۔ رجحان اس حقیقت کی وجہ سے ہوتا ہے کہ فیرو الیکٹرک خصوصیات کی ایک انیسوٹروپی کی طرف سے خصوصیات ہیں، جس میں فیرو الیکٹرک مظاہر صرف کرسٹل محوروں میں سے ایک کے ساتھ دیکھا جا سکتا ہے۔ آئسوٹروپک ڈائی الیکٹرکس میں، تمام مالیکیول اسی طرح پولرائز ہوتے ہیں۔anisotropic کے لیے — مختلف سمتوں میں، پولرائزیشن ویکٹر سمت میں مختلف ہوتے ہیں۔

فیرو الیکٹرک کو ایک مخصوص درجہ حرارت کی حد میں ڈائی الیکٹرک مستقل ε کی اعلی اقدار سے ممتاز کیا جاتا ہے:

اس صورت میں، ε کی قدر کا انحصار نمونے پر لاگو بیرونی الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ E اور نمونے کی تاریخ دونوں پر ہوتا ہے۔ ڈائی الیکٹرک مستقل اور برقی لمحہ یہاں غیر لکیری طور پر قوت E پر منحصر ہے، لہذا فیرو الیکٹرک کا تعلق نان لائنر ڈائی الیکٹرک سے ہے۔

فیرو الیکٹرک کیوری پوائنٹ کی خصوصیت ہے، یعنی ایک خاص درجہ حرارت سے شروع ہونے سے اور اس سے زیادہ، فیرو الیکٹرک اثر غائب ہو جاتا ہے۔ اس صورت میں، دوسری ترتیب کی ایک مرحلے کی منتقلی ہوتی ہے، مثال کے طور پر، بیریم ٹائٹینیٹ کے لیے، کیوری پوائنٹ کا درجہ حرارت + 133 ° C ہے، روچیل نمک کے لیے -18 ° C سے + 24 ° C تک، لیتھیم نائوبیٹ کے لیے + 1210 ° C

چونکہ ڈائی الیکٹرکس غیر خطوطی طور پر پولرائزڈ ہوتے ہیں، اس لیے ڈائی الیکٹرک ہسٹریسس یہاں ہوتا ہے۔ سیچوریشن گراف کے نقطہ «a» پر ہوتی ہے۔ Ec - زبردستی قوت، پی سی - بقایا پولرائزیشن۔ پولرائزیشن وکر کو ہسٹریسیس لوپ کہا جاتا ہے۔

ممکنہ توانائی کی کم از کم کی طرف رجحان کی وجہ سے، نیز ان کی ساخت میں موجود نقائص کی وجہ سے، فیرو الیکٹرکس اندرونی طور پر ڈومینز میں ٹوٹ جاتے ہیں۔ ڈومینز میں پولرائزیشن کی مختلف سمتیں ہیں اور بیرونی فیلڈ کی عدم موجودگی میں ان کا کل ڈوپول لمحہ تقریبا صفر ہے۔

بیرونی فیلڈ E کی کارروائی کے تحت، ڈومینز کی حدود کو منتقل کر دیا جاتا ہے، اور فیلڈ کے حوالے سے پولرائزڈ کچھ علاقے فیلڈ E کی سمت میں ڈومینز کے پولرائزیشن میں حصہ ڈالتے ہیں۔

اس طرح کے ڈھانچے کی ایک واضح مثال BaTiO3 کی ٹیٹراگونل ترمیم ہے۔

کافی مضبوط فیلڈ E میں، کرسٹل سنگل ڈومین بن جاتا ہے، اور بیرونی فیلڈ کو بند کرنے کے بعد، پولرائزیشن باقی رہتی ہے (یہ بقایا پولرائزیشن پی سی ہے)۔

مخالف نشان کے ساتھ خطوں کے حجم کو برابر کرنے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ نمونے پر ایک بیرونی الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ Ec، ایک زبردستی فیلڈ، مخالف سمت میں لگائیں۔

الیکٹریشنز

ڈائی الیکٹرکس میں، مستقل میگنےٹ کے برقی ینالاگ ہیں - الیکٹروڈ۔ یہ ایسے خاص ڈائی الیکٹرکس ہیں جو بیرونی برقی فیلڈ کے بند ہونے کے بعد بھی طویل عرصے تک پولرائزیشن کو برقرار رکھنے کے قابل ہوتے ہیں۔

پیزو الیکٹرک

فطرت میں ڈائی الیکٹرک ہیں جو ان پر میکانکی اثر سے پولرائز ہوتے ہیں۔ کرسٹل مکینیکل اخترتی کے ذریعہ پولرائز ہوتا ہے۔ اس رجحان کو پیزو الیکٹرک اثر کہا جاتا ہے۔ اسے 1880 میں جیکس اور پیئر کیوری بھائیوں نے کھولا تھا۔

نتیجہ درج ذیل ہے۔ پیزو الیکٹرک کرسٹل کی سطح پر واقع دھاتی الیکٹروڈز پر، کرسٹل کی خرابی کے وقت ایک ممکنہ فرق واقع ہوگا۔ اگر الیکٹروڈز کو تار سے بند کر دیا جائے تو سرکٹ میں برقی رو ظاہر ہو گا۔

ریورس پیزو الیکٹرک اثر بھی ممکن ہے — کرسٹل کی پولرائزیشن اس کی خرابی کی طرف لے جاتی ہے۔ جب پیزو الیکٹرک کرسٹل پر لگائے گئے الیکٹروڈز پر وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے، کرسٹل کی میکانکی خرابی ہوتی ہے۔ یہ لاگو فیلڈ طاقت E0 کے متناسب ہوگا۔ فی الحال، سائنس پیزو الیکٹرکس کی 1800 سے زیادہ اقسام جانتی ہے۔ قطبی مرحلے میں تمام فیرو الیکٹرک پیزو الیکٹرک خصوصیات کی نمائش کرتے ہیں۔

پائرو الیکٹرک

کچھ ڈائی الیکٹرک کرسٹل جب گرم یا ٹھنڈا ہوتے ہیں تو پولرائز ہوتے ہیں، ایک ایسا رجحان جسے پائرو الیکٹرکٹی کہا جاتا ہے۔مثال کے طور پر، پائرو الیکٹرک نمونے کا ایک سرا گرم ہونے پر منفی چارج ہو جاتا ہے، جبکہ دوسرا مثبت چارج ہوتا ہے۔ اور جب یہ ٹھنڈا ہو جاتا ہے، تو وہ اختتام جو گرم ہونے پر منفی طور پر چارج ہوا تھا جب ٹھنڈا ہو جائے گا تو مثبت چارج ہو جائے گا۔ ظاہر ہے، یہ رجحان کسی مادے کے درجہ حرارت میں تبدیلی کے ساتھ ابتدائی پولرائزیشن میں تبدیلی سے متعلق ہے۔

ہر پائرو الیکٹرک کے پاس ہے۔ پیزو الیکٹرک خصوصیات، لیکن ہر پیزو الیکٹرک پائرو الیکٹرک نہیں ہے۔ کچھ پائرو الیکٹرک میں فیرو الیکٹرک خصوصیات ہیں، یعنی وہ خود بخود پولرائزیشن کے قابل ہیں۔

بجلی کی نقل مکانی

ڈائی الیکٹرک مستقل کی مختلف اقدار کے ساتھ دو میڈیا کی باؤنڈری پر، الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ E کی طاقت ε میں تیز تبدیلیوں کی جگہ پر تیزی سے تبدیل ہوتی ہے۔

الیکٹرو سٹیٹکس میں حساب کو آسان بنانے کے لیے، الیکٹرک ڈسپلیسمنٹ ویکٹر یا الیکٹرک انڈکشن D متعارف کرایا گیا تھا۔

چونکہ E1ε1 = E2ε2، پھر E1ε1ε0 = E2ε2ε0، جس کا مطلب ہے:

یعنی، ایک ماحول سے دوسرے ماحول میں منتقلی کے دوران، الیکٹرک ڈسپلیسمنٹ ویکٹر میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی، یعنی الیکٹرک انڈکشن۔ یہ تصویر میں واضح طور پر دکھایا گیا ہے:

ویکیوم میں پوائنٹ چارج کے لیے، برقی نقل مکانی کا ویکٹر ہے:

مقناطیسی شعبوں کے لیے مقناطیسی بہاؤ کی طرح، الیکٹرو سٹیٹکس برقی نقل مکانی کرنے والے ویکٹر کے بہاؤ کا استعمال کرتا ہے۔

لہٰذا، یکساں الیکٹرو سٹیٹک فیلڈ کے لیے، جب برقی نقل مکانی ویکٹر D کی لکیریں خطہ S کو ایک زاویہ α پر نارمل سے کراس کرتی ہیں، تو ہم لکھ سکتے ہیں:

ویکٹر E کے لیے Ostrogradsky-Gauss تھیوریم ہمیں ویکٹر D کے لیے متعلقہ تھیوری حاصل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔

لہذا، برقی نقل مکانی ویکٹر D کے لیے Ostrogradsky-Gauss تھیوریم اس طرح لگتا ہے:

کسی بھی بند سطح کے ذریعے ویکٹر D کے بہاؤ کا تعین صرف مفت چارجز سے ہوتا ہے، نہ کہ اس سطح سے منسلک حجم کے اندر موجود تمام چارجز سے۔

مثال کے طور پر، ہم مختلف ε کے ساتھ دو لامحدود توسیع شدہ ڈائی الیکٹرکس اور بیرونی فیلڈ E کے ذریعے داخل ہونے والے دو میڈیا کے درمیان انٹرفیس کے ساتھ ایک مسئلہ پر غور کر سکتے ہیں۔

اگر ε2>ε1، تو اس بات کو مدنظر رکھتے ہوئے کہ E1n/E2n = ε2/ε1 اور E1t = E2t، چونکہ ویکٹر E کا صرف عام جزو تبدیل ہوتا ہے، صرف ویکٹر E کی سمت تبدیل ہوتی ہے۔

ہم نے ویکٹر کی شدت E کے ریفریکشن کا قانون حاصل کیا۔

ایک ویکٹر D کے لیے ریفریکشن کا قانون D = εε0E کی طرح ہے اور یہ تصویر میں دکھایا گیا ہے: