கடத்திகள் மற்றும் மின்கடத்தாப் பொருள்கள் (Conductors and Insulators)

இயற்பியலில் மின்சாரத்தின் செயல்பாட்டைப் புரிந்துகொள்வதற்கு, பொருட்கள் எவ்வாறு மின்சாரத்தைக் கடத்துகின்றன என்பதை அறிவது மிக முக்கியம். அணுக்களின் அமைப்பைப் பொறுத்து, பொருட்கள் மின்சாரத்தைக் கடத்தும் திறன் அடிப்படையில் கடத்திகள், மின்கடத்தாப் பொருள்கள் மற்றும் குறைகடத்திகள் எனப் பிரிக்கப்படுகின்றன.

1. கடத்திகள் (Conductors)

எந்தப் பொருட்கள் தங்களின் வழியாக மின்சாரத்தை எளிதாகப் பாய அனுமதிக்கின்றனவோ, அவை கடத்திகள் எனப்படும். கடத்திகளில் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் (Free Electrons) அதிக எண்ணிக்கையில் உள்ளன. இவை அணுக்கருவின் பிணைப்பிலிருந்து விடுபட்டு, பொருளுக்குள் எங்கும் சுதந்திரமாக நகரக்கூடியவை.

கடத்திகளின் பண்புகள்:

• இவற்றில் மின் தடை (Resistance) மிகக் குறைவு.
• வெளிப்புற மின்புலம் கொடுக்கப்படும்போது, எலக்ட்ரான்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் நகர்வதால் மின்னோட்டம் உருவாகிறது.
• எடுத்துக்காட்டுகள்: தாமிரம் (Copper), அலுமினியம், தங்கம், வெள்ளி, இரும்பு மற்றும் நீர் (அசுத்தங்கள் கலந்த நிலையில்).

2. மின்கடத்தாப் பொருள்கள் (Insulators/Dielectrics)

எந்தப் பொருட்கள் தங்களின் வழியாக மின்சாரத்தை எளிதில் பாய அனுமதிப்பதில்லையோ, அவை மின்கடத்தாப் பொருள்கள் அல்லது கடத்தாப் பொருள்கள் எனப்படும். இவற்றில் கட்டற்ற எலக்ட்ரான்கள் மிகக் குறைவு அல்லது இல்லை என்றே சொல்லலாம். எலக்ட்ரான்கள் அனைத்தும் அணுக்களுடன் வலுவாகப் பிணைக்கப்பட்டுள்ளன.

மின்கடத்தாப் பொருள்களின் பண்புகள்:

• இவற்றில் மின் தடை மிக அதிகம்.
• இவை மின்னூட்டத்தை ஓரிடத்திலிருந்து மற்றொரு இடத்திற்கு எடுத்துச் செல்வதில்லை.
• இவற்றின் ஆற்றல் இடைவெளி (Energy gap) மிகவும் அதிகம்.
• எடுத்துக்காட்டுகள்: ரப்பர், கண்ணாடி, பிளாஸ்டிக், மரம், மைக்கா, காகிதம்.

3. கடத்திகள் மற்றும் மின்கடத்தாப் பொருள்கள் - ஒப்பீட்டு அட்டவணை

4. மின்கடத்தாப் பொருள்களின் முனைவாக்கம் (Polarization)

ஒரு மின்கடத்தாப் பொருளை மின்புலத்தில் வைக்கும்போது, அதில் உள்ள நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்னூட்டங்கள் ஓரளவு இடப்பெயர்ச்சி அடைகின்றன. இதனால் அந்தப் பொருள் முனைவாக்கம் அடைகிறது. இந்த நிகழ்வு மின்தேக்கிகளின் (Capacitors) செயல்பாட்டில் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது.

முனைவாக்கத்தின் வகைகள்:

1. துருவ மூலக்கூறுகள் (Polar Molecules): நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மையங்கள் ஒன்றின் மேல் ஒன்று பொருந்தாமல் இருக்கும். (எ.கா: H₂O).
2. துருவமற்ற மூலக்கூறுகள் (Non-polar Molecules): நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மையங்கள் ஒன்றின் மேல் ஒன்று பொருந்தி இருக்கும். (எ.கா: O₂, H₂).

5. மின்தேக்கு திறன் மற்றும் மின்கடத்தாப் பொருள்

ஒரு மின்தேக்கியின் தட்டுகளுக்கு இடையே மின்கடத்தாப் பொருளை வைக்கும்போது, அதன் மின்தேக்கு திறன் (Capacitance) அதிகரிக்கிறது. மின்கடத்தாப் பொருளின் மின்கடத்தா மாறிலி (Dielectric Constant - K) என்பது வெற்றிடத்தில் உள்ள மின் விடுதிறனுக்கும், அந்த ஊடகத்தின் மின் விடுதிறனுக்கும் உள்ள விகிதம் ஆகும்.

சூத்திரம்: K = ε / ε₀

6. மின் முறிவு (Dielectric Breakdown)

ஒரு மின்கடத்தாப் பொருளின் மீது மிக அதிக மின்புலத்தை அளிக்கும்போது, அதில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் பிணைப்பிலிருந்து விடுபட்டு, மின்கடத்தாப் பொருள் ஒரு கடத்தியாக மாறத் தொடங்கும். இந்த நிகழ்வு 'மின் முறிவு' எனப்படும். இதற்குத் தேவையான குறைந்தபட்ச மின்புலம் 'மின் முறிவு வலிமை' (Dielectric Strength) எனப்படுகிறது.

7. அன்றாட வாழ்வில் பயன்பாடுகள்

• மின் கம்பிகள்: தாமிரக் கம்பி கடத்தியாகவும், அதன் மேல் உள்ள பிளாஸ்டிக் உறை மின்கடத்தாப் பொருளாகவும் செயல்படுகிறது.
• மின்தேக்கிகள்: மின்னணு சுற்றுகளில் ஆற்றலைச் சேமிக்கப் பயன்படுகிறது.
• மின் பாதுகாப்பு: மின்சார வேலை செய்பவர்கள் ரப்பர் கையுறைகளை அணிவது, அவர்கள் வழியாக மின்சாரம் பாயாமல் தடுக்கவே.

8. தேர்வு நோக்கில் சில முக்கிய குறிப்புகள்

போட்டித் தேர்வுகளில் கேட்கப்படும் சில முக்கிய வினாக்கள்:

• மனித உடல் ஒரு கடத்தியா? ஆம், உப்பின் முன்னிலையில் மனித உடல் மின்சாரத்தை நன்கு கடத்தும்.
• மின்கடத்தாப் பொருள்களில் மின்சாரம் பாயாவிட்டாலும், மின்புலம் பாயும்.
• தனிமங்களில் மிகச் சிறந்த கடத்தி 'வெள்ளி' (Silver).

9. முடிவுரை

மின்சாரத் தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படை இந்த இரண்டு வகைப்பொருட்களைச் சார்ந்துதான் உள்ளது. கடத்திகள் மின்சாரத்தைக் கொண்டு செல்லவும், மின்கடத்தாப் பொருள்கள் மின்சாரத்தை கட்டுப்படுத்தவும், பாதுகாக்கவும் பயன்படுகின்றன. இந்த அடிப்படை அறிவை வளர்த்துக்கொள்வது மின்னணுவியல் மற்றும் மின் பொறியியல் பாடங்களை எளிதாக்கும்.