ഡൈഇലക്ട്രിക്

വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഉണ്ടാവുമ്പോൾ തന്മാത്രകളുടെ ധ്രുവീകരണത്തിനു പാത്രമാകുന്ന വൈദ്യുതരോധിയായ പദാർഥമാണ് ഡൈഇലക്ട്രിക് അഥവാ പരാവൈദ്യുതം. വൈദ്യുതവാഹികളുടെ ചാലകതയ്ക്കു (conductivity) കാരണം അവയിലെ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളുടെ സാന്നിധ്യമാണ്. അചാലകങ്ങളിൽ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളില്ലാത്തതാണ് അവ വൈദ്യുതരോധികളാകാൻ കാരണം. ഇൻസുലേറ്ററുകളിൽ ഇലക്ട്രോണുകൾ ആറ്റങ്ങളിൽ ദൃഢബദ്ധമാണ്. അത്തരമൊരു പദാർഥം ഒരു വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിൽ (electric field) വച്ചിരുന്നാൽ ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ക്ഷേത്രത്തിന്റെ എതിർ ദിശയിലേക്ക് അല്പം സ്ഥാനഭ്രംശം മാത്രം സംഭവിക്കുന്നു; വൈദ്യുത വാഹികളിലെപ്പോലെ ഒരു സ്ഥാനത്തുനിന്നും മറ്റൊരു സ്ഥാനത്തേക്ക് അവ പ്രവഹിക്കുകയില്ല. ഇത്തരം പദാർഥങ്ങൾ ഡൈഇലക്ട്രിക്കുകൾ എന്ന പേരിലറിയപ്പെടുന്നു. ചില്ല്, എബണൈറ്റ്, സൾഫർ എന്നിവ ഇതിനുദാഹരണങ്ങളാണ്.
കാരണം
ഏകാണു (monoatomic) പദാർഥങ്ങളിൽ അണുകേന്ദ്രത്തിലെ ധനചാർജും (പ്രോട്ടോണുകൾ) ചുറ്റുമുള്ള ഭ്രമണപഥങ്ങളിലെ ഋണചാർജും (ഇലക്ട്രോണുകൾ) സംകേന്ദ്രീയമായിട്ട്  ആയിരിക്കും (concentric) വിന്യസിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത്. എന്നാൽ ബഹുഅണുക (polyatomic) പദാർഥങ്ങളിൽ തന്മാത്രകളിലെ വിതരണമനുസരിച്ച് ധന, ഋണ ചാർജുകളുടെ കേന്ദ്രങ്ങൾ ഒരേ സ്ഥാനത്തു വരുകയോ വരാതിരിക്കുകയോ ചെയ്യാം. അവ ഒരേ സ്ഥാനത്തല്ലെങ്കിൽ ഓരോ തന്മാത്രയ്ക്കും സ്ഥിരമായൊരു ഡൈപോൾ ആഘൂർണം (dipole moment) ഉണ്ടായിരിക്കും. ഇത്തരം പദാർഥങ്ങൾ ധ്രുവീയ പദാർഥങ്ങൾ (polar materials) എന്നാണറിയപ്പെടുന്നത്. പദാർഥത്തിനുള്ളിലെ താപജന്യ വിക്ഷോഭങ്ങൾ (thermal disturbances) അനിയമിതം (random) ആയതിനാൽ എല്ലാ തന്മാത്രകളുടേയും ഡൈപോൾ ആഘൂർണങ്ങൾ ഒരേ ദിശയിലായിരിക്കുകയില്ല. ഒരു നിശ്ചിത വ്യാപ്തമെടുത്താൽ അതിൽ അനേകായിരം തന്മാത്രകളുണ്ടായിരിക്കും. ഇവയുടെയെല്ലാം ഡൈപോൾ ആഘൂർണങ്ങളുടെ ആകെത്തുക പൂജ്യം ആയിരിക്കും. അത്തരമൊരു പദാർഥം ഒരു വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിൽ വച്ചിരുന്നാൽ ഓരോ ഡൈപോളിന്മേലും ഒരു ബല ആഘൂർണം (torque) അനുഭവപ്പെടും. ഇതിന്റെ പ്രഭാവം ഡൈപോളുകളെ ക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശയ്ക്കു സമാന്തരമായി കൊണ്ടുവരാൻ പര്യാപ്തമാണ്. എന്നാൽ താപ ജന്യമായ ആന്തരവിക്ഷോഭങ്ങൾ ഈ നിയത ക്രമീകരണത്തെ തകിടം മറിക്കാൻ ശ്രമിക്കും. അതിനാൽ ഡൈപോളുകളുടെ അനുയോജനം (alignment) ഭാഗികമായിരിക്കും. തന്മൂലം പദാർഥത്തിന്റെ ഏതു ഭാഗമെടുത്താലും അതിന് ഒരു അവശിഷ്ട (net) ഡൈപോൾ ആഘൂർണം ഉണ്ടായിരിക്കും.
അധ്രുവീയ പദാർഥങ്ങളിൽ ആറ്റങ്ങളിലും തന്മാത്രകളിലും ധന ചാർജും ഋണചാർജും സംകേന്ദ്രീയമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതിനാൽ സ്ഥിരമായ ഡൈപോൾ ആഘൂർണം ഉണ്ടായിരിക്കുകയില്ല. അത്തരം പദാർഥം വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിൽ വച്ചാൽ ക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശയുടെ എതിർവശത്തേക്ക് ഋണചാർജ് വിന്യാ സത്തിന് (ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക്) അല്പമാത്രമായ വിസ്ഥാപനം സംഭവിക്കുന്നു. തത്ഫലമായി ഓരോ ആറ്റത്തിലും അഥവാ തന്മാ ത്രയിലും ഡൈപോൾ ആഘൂർണം രൂപപ്പെടുന്നു. അതിനാൽ പദാർഥത്തിന്റെ ഏത് അംശമെടുത്താലും അതിൽ ഒരു അവശിഷ്ട ഡൈപോൾ ആഘൂർണം ഉണ്ടായിരിക്കും. അങ്ങനെ ഒരു ഡൈഇലക്ട്രിക് പദാർഥം വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിൽ വച്ചിരുന്നാൽ അതിൽ ഡൈപോൾ ആഘൂർണം സംവേശിതം (induced) ആകും. ഈ പ്രക്രിയയെ ധ്രുവണം (polarisation) എന്നു പറയുന്നു. യൂണിറ്റ് വ്യാപ്തത്തിലുണ്ടാകുന്ന ധ്രുവണം ധ്രുവണ സദിശം (polarisation vector) എന്നു നിർവചിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഇതിന്റെ പരിമാണം (magnitude) ആണ് ധ്രുവണം (P) ആയി പരാമർശിക്കാറുള്ളത്.
ദീർഘചതുരാകൃതിയിലുള്ള ഒരു ഡൈഇലക്ട്രിക് സ്ലാബ് പരിഗണിക്കുക. അതിലെ ഡൈപോളുകൾ അനിയതമായ ദിശകളി ലായിരിക്കും. ഒരു ബാഹ്യ വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിന്റെ (Eo) സാന്നിധ്യത്തിൽ അവ ക്ഷേത്രത്തിന്റെ ദിശയിൽ ക്രമീകരിക്കപ്പെടുന്നു. സ്ലാബ് ധ്രുവണത്തിനു വിധേയമായാൽ ഋണചാർജ് ഒരു വശത്തും ധന ചാർജ് മറുവശത്തും കേന്ദ്രീകരിക്കും. ഇങ്ങനെ സ്ലാബിന്റെ പ്രതലങ്ങളിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്ന വിപരീത ചാർജുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന വൈദ്യുതക്ഷേത്രം ബാഹ്യ വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിന്റെ തീവ്രതയെ ഫലത്തിൽ കുറയ്ക്കുന്നു.

ഇവിടെ K എന്ന സ്ഥിരരാശി ഡൈഇലക്ട്രിക സ്ഥിരാങ്കം (Dielectric constant) അഥവാ ആപേക്ഷിക വിദ്യുത്ശീലത (relative permitivity) എന്നറിയപ്പെടുന്നു.

ഉപയോഗം
ഒരു പാരലൽ പ്ലേറ്റ് കപ്പാസിറ്ററിൽ പ്ലേറ്റുകളുടെ ഇടയ്ക്ക് ഒരു ഡൈഇലക്ട്രിക് ഉൾപ്പെടുത്തിയാൽ അതിന്റെ ധാരിത (capacity) വർധിക്കുന്നതാണ്. ഡൈഇലക്ട്രിക്കിന്റെ ആപേക്ഷിക വിദ്യുത്ശീലത(K)യ്ക്ക് ആനുപാതികമായിട്ടായിരിക്കും ധാരിതയുടെ വർധനവ്. ഡൈഇലക്ട്രിക്കിന്റെ അഭാവത്തിൽ ധാരിത C0ഉം ഡൈ ഇലക്ട്രിക്കിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ അത് C-യും ആണെങ്കിൽ C = KC0. അതായത് K = 6 ആണെങ്കിൽ ധാരിത ആറു മടങ്ങായി വർധിക്കും.

വർഗ്ഗം:വൈദ്യുതി