अचालक पदार्थों (insulating materials) में सरंध्रता (porosity) और तापमान परिवर्तन का गुण क्या होता है?

Question

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A: कम, कम प्रभावित

Explanation & Concepts:
उच्च-गुणवत्ता वाले विद्युत अचालक पदार्थों के लिए कम सरंध्रता और तापमान भिन्नताओं के प्रति स्थिरता की आवश्यकता होती है। कम सरंध्रता यह सुनिश्चित करती है कि पदार्थ नमी को अवशोषित न करे, जो अन्यथा उसके परावैद्युत सामर्थ्य (dielectric strength) को कम कर देगा और लीकेज करंट को बढ़ा देगा, जबकि स्थिरता यह सुनिश्चित करती है कि थर्मल उतार-चढ़ाव के दौरान पदार्थ के गुण अपेक्षाकृत स्थिर रहें।

Working Principle: सरंध्रता सीधे गैसों और तरल पदार्थों के अवशोषण को प्रभावित करती है; उच्च सरंध्रता से परावैद्युतांक (permittivity) और परावैद्युत हानि (dielectric loss) बढ़ जाती है। थर्मल स्थिरता परावैद्युत गुणों के कम तापमान गुणांक (temperature coefficient) द्वारा पहचानी जाती है। जब कोई पदार्थ तापमान से 'कम प्रभावित' होता है, तो वह अपनी परिचालन सीमा के दौरान स्थिर ब्रेकडाउन वोल्टेज और इन्सुलेशन प्रतिरोध बनाए रखता है।

Key Formulas: $V_b = E_b \cdot d$ — जहाँ $V_b$ ब्रेकडाउन वोल्टेज है, $E_b$ परावैद्युत सामर्थ्य है, और $d$ मोटाई है।; $\epsilon_r(T)$ — तापमान के फलन के रूप में सापेक्ष परावैद्युतांक; आदर्श अचालकों के लिए $\frac{d\epsilon_r}{dT} \approx 0$ होता है।

Key Points: कम सरंध्रता नमी के प्रवेश को रोकती है, जो इन्सुलेशन प्रतिरोध को काफी कम कर देता है।; उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों में थर्मल रनअवे को रोकने के लिए थर्मल स्थिरता महत्वपूर्ण है।; अचालक पदार्थों में इन विद्युत गुणों के साथ-साथ उच्च यांत्रिक शक्ति और रासायनिक अक्रियता होनी चाहिए।

Advantages: नमी वाले वातावरण में उच्च विश्वसनीयता; परिवर्तनशील भार स्थितियों के तहत सुसंगत प्रदर्शन

Disadvantages: अत्यधिक कम सरंध्रता वाले पदार्थ कभी-कभी अधिक भंगुर (brittle) हो सकते हैं; उच्च-प्रदर्शन वाले अचालक पदार्थों में अक्सर जटिल निर्माण प्रक्रियाएं शामिल होती हैं

Applications: उच्च-वोल्टेज ट्रांसफार्मर तेल कागज इन्सुलेशन; स्विचगियर बुशिंग और सिरेमिक इंसुलेटर; विद्युत वितरण के लिए केबल इन्सुलेशन

Additional Info: पोर्सिलेन और विशेष सिंथेटिक पॉलिमर जैसे अचालक पदार्थों को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि वे न्यूनतम जल अवशोषण और स्थिर परावैद्युत स्थिरांक प्रदर्शित करते हैं।. विकल्प B, C, और D गलत हैं क्योंकि उच्च सरंध्रता नमी के अवशोषण की ओर ले जाती है और तापमान से 'अत्यधिक प्रभावित' होना परिचालन तनाव के तहत अस्थिर इन्सुलेशन प्रदर्शन का कारण बनेगा।

Answer: A सही है — उच्च-गुणवत्ता वाले अचालकों में नमी के अवशोषण से बचने के लिए कम सरंध्रता होनी चाहिए और परिचालन स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए तापमान से कम प्रभावित रहना चाहिए।

Exam Tip: प्रतियोगी परीक्षाओं में, परावैद्युत पदार्थों का मूल्यांकन करते समय हमेशा 'सरंध्रता' को 'नमी अवशोषण' से और 'तापमान' को 'थर्मल स्थिरता' से जोड़ें।

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Option B: कम, अत्यधिक प्रभावित

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Option C: उच्च, अत्यधिक प्रभावित

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Option D: उच्च, कम प्रभावित

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