ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ માટે વાહક

દરેક વ્યક્તિ જે સતત વિદ્યુત ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરે છે તેનો સામનો કરવો પડે છે:

1. વીજ પ્રવાહ વહન કરતા વાયરો;

2. અવાહક ગુણધર્મો સાથે ડાઇલેક્ટ્રિક્સ;

3. સેમિકન્ડક્ટર કે જે પ્રથમ બે પ્રકારના પદાર્થોની લાક્ષણિકતાઓને જોડે છે અને લાગુ નિયંત્રણ સિગ્નલના આધારે તેમને બદલી નાખે છે.

આ દરેક જૂથોની એક વિશિષ્ટ વિશેષતા એ વિદ્યુત વાહકતાની મિલકત છે.

કંડક્ટર શું છે

કંડક્ટર્સમાં એવા પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે કે જેની રચનામાં મોટી સંખ્યામાં મફત, કનેક્ટેડ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ નથી જે લાગુ બાહ્ય બળના પ્રભાવ હેઠળ આગળ વધવાનું શરૂ કરી શકે છે. તેઓ ઘન, પ્રવાહી અથવા વાયુયુક્ત હોઈ શકે છે.

જો તમે તેમની વચ્ચે સંભવિત તફાવત સાથે બે વાયર લો અને તેમની અંદર ધાતુના વાયરને જોડો, તો તેમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ વહેશે. તેના કેરિયર્સ ફ્રી ઈલેક્ટ્રોન હશે જે અણુઓના બોન્ડ દ્વારા રોકાયેલા નથી. તેઓ લાક્ષણિકતા ધરાવે છે વિદ્યુત વાહકતા અથવા કોઈપણ પદાર્થની પોતાના દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પસાર કરવાની ક્ષમતા - વર્તમાન.

વિદ્યુત વાહકતાનું મૂલ્ય પદાર્થના પ્રતિકારના વિપરિત પ્રમાણસર છે અને તેને અનુરૂપ એકમ: સિમેન્સ (સે.મી.) વડે માપવામાં આવે છે.

1 સેમી = 1/1 ઓહ્મ.

પ્રકૃતિમાં, ચાર્જ કેરિયર્સ હોઈ શકે છે:

• ઇલેક્ટ્રોન;

• આયનો;

• છિદ્રો

આ સિદ્ધાંત અનુસાર, વિદ્યુત વાહકતાને વિભાજિત કરવામાં આવે છે:

• ઇલેક્ટ્રોનિક;

• આયનીય

• એક કાણું.

વાયરની ગુણવત્તા તમને લાગુ કરેલ વોલ્ટેજના મૂલ્ય પર તેમાં વહેતા વર્તમાનની અવલંબનનો અંદાજ કાઢવા દે છે. આ વિદ્યુત જથ્થાના માપનના એકમો - વોલ્ટ-એમ્પીયર લાક્ષણિકતાને નિયુક્ત કરીને તેને કૉલ કરવાનો રિવાજ છે.

વાહક વાયર

આ પ્રકારના સૌથી સામાન્ય પ્રતિનિધિઓ ધાતુઓ છે. તેમનો વિદ્યુત પ્રવાહ ફક્ત ઇલેક્ટ્રોનના પ્રવાહને ખસેડીને બનાવવામાં આવે છે.

ધાતુઓની અંદર, તેઓ બે રાજ્યોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે:

• સુસંગતતાના અણુ દળો સાથે સંકળાયેલ;

• વિના મૂલ્યે.

અણુના ન્યુક્લિયસના આકર્ષક દળો દ્વારા ભ્રમણકક્ષામાં રાખવામાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોન, એક નિયમ તરીકે, બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોમોટિવ દળોની ક્રિયા હેઠળ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના નિર્માણમાં ભાગ લેતા નથી. મુક્ત કણો અલગ રીતે વર્તે છે.

જો મેટલ વાયર પર કોઈ EMF લાગુ કરવામાં આવતું નથી, તો મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન કોઈપણ દિશામાં અવ્યવસ્થિત રીતે, અવ્યવસ્થિત રીતે આગળ વધે છે. આ ચળવળ થર્મલ ઊર્જાને કારણે છે. તે કોઈપણ ક્ષણે દરેક કણની હિલચાલની વિવિધ ગતિ અને દિશાઓ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

જ્યારે E ની તીવ્રતાના બાહ્ય ક્ષેત્રની ઉર્જા વાહક પર લાગુ થાય છે, ત્યારે લાગુ ક્ષેત્રની વિરુદ્ધ નિર્દેશિત બળ બધા ઇલેક્ટ્રોન પર એકસાથે અને દરેક વ્યક્તિગત રીતે કાર્ય કરે છે. તે ઇલેક્ટ્રોનની સખત લક્ષી હિલચાલ બનાવે છે, અથવા બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ.

ધાતુઓની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા એ એક સીધી રેખા છે જે એક વિભાગ અને સંપૂર્ણ સર્કિટ માટે ઓહ્મના કાયદાની કામગીરીને બંધબેસે છે.

શુદ્ધ ધાતુઓ ઉપરાંત, અન્ય પદાર્થોમાં પણ ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા હોય છે. તેઓ સમાવેશ થાય છે:

• એલોય;

• કાર્બનના કેટલાક ફેરફારો (ગ્રેફાઇટ, કોલસો).

ધાતુઓ સહિત ઉપરોક્ત તમામ પદાર્થોને પ્રથમ પ્રકારના વાહક તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. તેમની વિદ્યુત વાહકતા કોઈ પણ રીતે વિદ્યુત પ્રવાહના પસાર થવાને કારણે પદાર્થના સમૂહના સ્થાનાંતરણ સાથે સંબંધિત નથી, પરંતુ તે ફક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને કારણે થાય છે.

જો ધાતુઓ અને એલોય અત્યંત નીચા તાપમાનવાળા વાતાવરણમાં મૂકવામાં આવે છે, તો તેઓ સુપરકન્ડક્ટિવિટીની સ્થિતિમાં જાય છે.

આયન વાહક

આ વર્ગમાં એવા પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે જેમાં ચાર્જ આયનોની હિલચાલને કારણે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ બનાવવામાં આવે છે. તેઓ પ્રકાર II વાહક તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. તે:

• પાયાના ઉકેલો, એસિડ ક્ષાર;

• વિવિધ આયનીય સંયોજનો પીગળે છે;

• વિવિધ વાયુઓ અને વરાળ.

પ્રવાહીમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ

ઇલેક્ટ્રિકલી વાહક પ્રવાહી જેમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ - ચાર્જ સાથે પદાર્થનું સ્થાનાંતરણ અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર તેના જુબાનીને સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ કહેવામાં આવે છે, અને પ્રક્રિયાને જ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ કહેવામાં આવે છે.

તે એનોડ ઇલેક્ટ્રોડ માટે હકારાત્મક સંભવિત અને કેથોડ માટે નકારાત્મક સંભવિતના ઉપયોગને કારણે બાહ્ય ઊર્જા ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ થાય છે.

પ્રવાહીની અંદરના આયનો ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ડિસોસિએશનની ઘટનાને કારણે રચાય છે, જેમાં તટસ્થ ગુણધર્મો ધરાવતા પદાર્થના કેટલાક અણુઓના વિભાજનનો સમાવેશ થાય છે. એક ઉદાહરણ કોપર ક્લોરાઇડ છે, જે જલીય દ્રાવણમાં તેના ઘટક કોપર આયનો (કેશન્સ) અને ક્લોરિન (આયન) માં વિઘટિત થાય છે.

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પર લાગુ વોલ્ટેજની ક્રિયા હેઠળ, કેશન્સ સખત રીતે કેથોડ તરફ જવાનું શરૂ કરે છે, અને આયનો એનોડ તરફ જાય છે. આ રીતે, અશુદ્ધિઓ વિના રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ તાંબુ મેળવવામાં આવે છે, જે કેથોડ પર જમા થાય છે.

પ્રવાહી ઉપરાંત, પ્રકૃતિમાં ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ પણ છે. તેમને સુપરિઓનિક વાહક (સુપર-આયન) કહેવામાં આવે છે, જેનું સ્ફટિકીય માળખું અને રાસાયણિક બોન્ડની આયનીય પ્રકૃતિ હોય છે, જે સમાન પ્રકારના આયનોની હિલચાલને કારણે ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતાનું કારણ બને છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા ગ્રાફમાં બતાવવામાં આવી છે.

વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ

સામાન્ય સ્થિતિમાં, ગેસ માધ્યમમાં ઇન્સ્યુલેટીંગ ગુણધર્મો હોય છે અને તે વર્તમાનનું સંચાલન કરતું નથી. પરંતુ વિવિધ અવ્યવસ્થિત પરિબળોના પ્રભાવ હેઠળ, ડાઇલેક્ટ્રિક લાક્ષણિકતાઓમાં તીવ્ર ઘટાડો થઈ શકે છે અને માધ્યમના આયનીકરણના માર્ગને ઉત્તેજિત કરી શકે છે.

તે ઇલેક્ટ્રોનને ખસેડીને તટસ્થ અણુઓના તોપમારોમાંથી ઉદભવે છે. પરિણામે, એક અથવા વધુ બંધાયેલા ઇલેક્ટ્રોન અણુમાંથી બહાર નીકળી જાય છે અને અણુ એક આયન બનીને હકારાત્મક ચાર્જ મેળવે છે. તે જ સમયે, આયનીકરણ પ્રક્રિયા ચાલુ રાખીને, ગેસની અંદર વધારાની માત્રામાં ઇલેક્ટ્રોન રચાય છે.

આ રીતે, સકારાત્મક અને નકારાત્મક કણોની એક સાથે હિલચાલ દ્વારા ગેસની અંદર ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ બનાવવામાં આવે છે.

એક નિષ્ઠાવાન સ્રાવ

જ્યારે ગેસની અંદર લાગુ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડને ગરમ કરવામાં આવે છે અથવા તેની તાકાતમાં વધારો થાય છે, ત્યારે એક સ્પાર્ક પ્રથમ બહાર નીકળે છે. આ સિદ્ધાંત અનુસાર, કુદરતી વીજળીની રચના થાય છે, જેમાં ચેનલો, જ્યોત અને એક્ઝોસ્ટ ટોર્ચનો સમાવેશ થાય છે.

પ્રયોગશાળાની પરિસ્થિતિઓમાં, ઇલેક્ટ્રોસ્કોપના ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે સ્પાર્ક જોઇ શકાય છે.આંતરિક કમ્બશન એન્જિનના સ્પાર્ક પ્લગમાં સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જનું વ્યવહારિક અમલીકરણ દરેક પુખ્ત વયના લોકો માટે જાણીતું છે.

આર્ક ડિસ્ચાર્જ

સ્પાર્ક એ હકીકત દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે કે બાહ્ય ક્ષેત્રની તમામ ઊર્જા તરત જ તેના દ્વારા વપરાશમાં લેવામાં આવે છે. જો વોલ્ટેજ સ્ત્રોત ગેસ દ્વારા વર્તમાન પ્રવાહ જાળવવામાં સક્ષમ હોય, તો પછી એક ચાપ થાય છે.

ઇલેક્ટ્રિક આર્કનું ઉદાહરણ વિવિધ રીતે ધાતુઓનું વેલ્ડીંગ છે. તેના પ્રવાહ માટે, કેથોડની સપાટી પરથી ઇલેક્ટ્રોનના ઉત્સર્જનનો ઉપયોગ થાય છે.

કોરોનલ ઇજેક્શન

આ ઉચ્ચ શક્તિ અને અસમાન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોવાળા ગેસ વાતાવરણમાં થાય છે, જે 330 kV અને વધુના વોલ્ટેજ સાથે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ઓવરહેડ પાવર લાઇન્સ પર પ્રગટ થાય છે.

તે કંડક્ટર અને પાવર લાઇનના નજીકના અંતરે આવેલા પ્લેન વચ્ચે વહે છે. કોરોના ડિસ્ચાર્જમાં, આયનીકરણ એક ઇલેક્ટ્રોડની નજીક ઇલેક્ટ્રોન અસરની પદ્ધતિ દ્વારા થાય છે, જેનું ક્ષેત્રફળ વધે છે.

ગ્લો ડિસ્ચાર્જ

તેનો ઉપયોગ ખાસ ગેસ ડિસ્ચાર્જ લેમ્પ અને ટ્યુબ, વોલ્ટેજ સ્ટેબિલાઈઝરમાં ગેસની અંદર થાય છે. તે એક્ઝોસ્ટ ગેપમાં દબાણ ઘટાડીને રચાય છે.

જ્યારે વાયુઓમાં આયનીકરણ પ્રક્રિયા મોટા મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે અને તેમાં સમાન સંખ્યામાં હકારાત્મક અને નકારાત્મક ચાર્જ કેરિયર્સ રચાય છે, ત્યારે આ સ્થિતિને પ્લાઝ્મા કહેવામાં આવે છે. પ્લાઝ્મા વાતાવરણમાં ગ્લો ડિસ્ચાર્જ દેખાય છે.

વાયુઓમાં પ્રવાહોના પ્રવાહની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા ચિત્રમાં બતાવવામાં આવી છે. તે વિભાગો સમાવે છે:

1. આશ્રિત;

2. સ્વ-ડિસ્ચાર્જ.

પ્રથમ બાહ્ય ionizer ના પ્રભાવ હેઠળ શું થાય છે તે દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે અને જ્યારે તે કામ કરવાનું બંધ કરે છે ત્યારે બહાર જાય છે. સ્વ-ઇજેક્ટ બધી પરિસ્થિતિઓમાં વહેતું રહે છે.

છિદ્ર વાયર

તેઓ સમાવેશ થાય છે:

• જર્મેનિયમ;

• સેલેનિયમ;

• સિલિકોન;

• ટેલુરિયમ, સલ્ફર, સેલેનિયમ અને કેટલાક કાર્બનિક પદાર્થો સાથે કેટલીક ધાતુઓના સંયોજનો.

તેમને સેમિકન્ડક્ટર કહેવામાં આવે છે અને તે જૂથ નંબર 1 થી સંબંધિત છે, એટલે કે, તેઓ ચાર્જના પ્રવાહ દરમિયાન પદાર્થના સ્થાનાંતરણની રચના કરતા નથી. તેમની અંદર મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની સાંદ્રતા વધારવા માટે, બંધાયેલા ઇલેક્ટ્રોનને અલગ કરવા માટે વધારાની ઊર્જા ખર્ચવી જરૂરી છે. તેને આયનીકરણ ઊર્જા કહેવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોન-હોલ જંકશન સેમિકન્ડક્ટરમાં કાર્ય કરે છે. તેના કારણે, સેમિકન્ડક્ટર એક દિશામાં પ્રવાહ પસાર કરે છે અને જ્યારે વિરુદ્ધ બાહ્ય ક્ષેત્ર તેના પર લાગુ થાય છે ત્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં અવરોધિત થાય છે.

સેમિકન્ડક્ટર્સમાં વાહકતા છે:

1. પોતાનું;

2. અશુદ્ધિ.

પ્રથમ પ્રકાર માળખામાં સહજ છે જેમાં ચાર્જ કેરિયર્સ તેમના પદાર્થમાંથી અણુઓના આયનીકરણની પ્રક્રિયામાં દેખાય છે: છિદ્રો અને ઇલેક્ટ્રોન. તેમની એકાગ્રતા પરસ્પર સંતુલિત છે.

સેમિકન્ડક્ટરનો બીજો પ્રકાર અશુદ્ધ વાહકતા સાથે સ્ફટિકોને સમાવીને બનાવવામાં આવે છે. તેમની પાસે ત્રિસંયોજક અથવા પેન્ટાવેલેન્ટ તત્વના અણુઓ છે.

વાહક સેમિકન્ડક્ટર છે:

• ઇલેક્ટ્રોનિક એન-પ્રકાર «નકારાત્મક»;

• છિદ્ર પી-પ્રકાર «સકારાત્મક».

વોલ્ટ-એમ્પીયર સામાન્યની લાક્ષણિકતા સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડ ગ્રાફમાં બતાવેલ છે.

વિવિધ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો અને ઉપકરણો સેમિકન્ડક્ટરના આધારે કાર્ય કરે છે.

સુપરકન્ડક્ટર્સ

અત્યંત નીચા તાપમાને, ધાતુઓ અને મિશ્ર ધાતુઓની અમુક શ્રેણીઓમાંથી પદાર્થો સુપરકન્ડક્ટિવિટી નામની સ્થિતિમાં પસાર થાય છે. આ પદાર્થો માટે, વર્તમાનનો વિદ્યુત પ્રતિકાર લગભગ શૂન્ય થઈ જાય છે.

થર્મલ ગુણધર્મોમાં ફેરફારને કારણે સંક્રમણ થાય છે.ચુંબકીય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં સંક્રમણ દરમિયાન ગરમીના શોષણ અથવા પ્રકાશનના સંદર્ભમાં, સુપરકન્ડક્ટર્સને 2 પ્રકારોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: નંબર 1 અને નંબર 2.

જ્યારે બે પડોશી ઇલેક્ટ્રોન માટે બંધાયેલ સ્થિતિ બનાવવામાં આવે છે ત્યારે કૂપર જોડીઓની રચનાને કારણે વાયરની સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટના થાય છે. બનાવેલ જોડીમાં ડબલ ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ છે.

સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં મેટલમાં ઇલેક્ટ્રોનનું વિતરણ ગ્રાફમાં બતાવવામાં આવ્યું છે.

સુપરકન્ડક્ટરનું ચુંબકીય ઇન્ડક્શન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડની મજબૂતાઈ પર આધાર રાખે છે, અને બાદમાંનું મૂલ્ય પદાર્થના તાપમાનથી પ્રભાવિત થાય છે.

વાયરના સુપરકન્ડક્ટિંગ ગુણધર્મો તેમના માટે મર્યાદિત ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને તાપમાનના નિર્ણાયક મૂલ્યો દ્વારા મર્યાદિત છે.

આમ, વિદ્યુત પ્રવાહના વાહક સંપૂર્ણપણે અલગ પદાર્થોથી બનેલા હોઈ શકે છે અને એકબીજાથી જુદી જુદી લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. તેઓ હંમેશા પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓથી પ્રભાવિત હોય છે. આ કારણોસર, વાયરની લાક્ષણિકતાઓની મર્યાદા હંમેશા તકનીકી ધોરણો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.