વિદ્યુત પ્રવાહની ક્રિયાઓ: થર્મલ, રાસાયણિક, ચુંબકીય, પ્રકાશ અને યાંત્રિક

સર્કિટમાં વિદ્યુત પ્રવાહ હંમેશા તેની ક્રિયા દ્વારા પોતાને પ્રગટ કરે છે. આ ચોક્કસ લોડ પર ઓપરેશન અને વર્તમાનની સહવર્તી અસર બંને હોઈ શકે છે. આમ, વર્તમાનની ક્રિયા દ્વારા, આપેલ સર્કિટમાં તેની હાજરી અથવા ગેરહાજરી નક્કી કરી શકાય છે: જો લોડ કાર્યરત છે, તો ત્યાં વર્તમાન છે. જો વિદ્યુતપ્રવાહ સાથેની લાક્ષણિક ઘટના જોવામાં આવે, તો સર્કિટમાં કરંટ છે, વગેરે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે, વિદ્યુત પ્રવાહ વિવિધ ક્રિયાઓ કરવા સક્ષમ છે: થર્મલ, રાસાયણિક, ચુંબકીય (ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક), પ્રકાશ અથવા યાંત્રિક અને વિવિધ પ્રકારની વર્તમાન ક્રિયાઓ ઘણીવાર એક સાથે થાય છે. આ વર્તમાન ઘટનાઓ અને ક્રિયાઓ આ લેખમાં ચર્ચા કરવામાં આવશે.

ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની થર્મલ અસર

જ્યારે વાયરમાંથી સીધો અથવા વૈકલ્પિક પ્રવાહ વહે છે, ત્યારે વાયર ગરમ થાય છે. વિવિધ પરિસ્થિતિઓ અને એપ્લિકેશનો હેઠળ આવા હીટિંગ વાયર હોઈ શકે છે: ધાતુઓ, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ, પ્લાઝ્મા, પીગળેલી ધાતુઓ, સેમિકન્ડક્ટર્સ, સેમીમેટલ્સ.

સૌથી સરળ કિસ્સામાં, જો, કહો કે, નિક્રોમ વાયરમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર થાય છે, તો તે ગરમ થશે. આ ઘટનાનો ઉપયોગ હીટિંગ ઉપકરણોમાં થાય છે: ઇલેક્ટ્રિક કેટલ્સમાં, બોઇલરમાં, હીટરમાં, ઇલેક્ટ્રિક સ્ટોવમાં, વગેરે. ઇલેક્ટ્રિક આર્ક વેલ્ડીંગમાં, ઇલેક્ટ્રિક આર્કનું તાપમાન સામાન્ય રીતે 7000 ° સે સુધી પહોંચે છે, અને મેટલ સરળતાથી પીગળી જાય છે, આ પણ વર્તમાનની ગરમીની અસર છે.

સર્કિટના વિભાગમાં છોડવામાં આવતી ગરમીની માત્રા આ વિભાગ પર લાગુ થતા વોલ્ટેજ, પ્રવાહના પ્રવાહનું મૂલ્ય અને તેના પ્રવાહના સમય પર આધારિત છે (જોલ-લેન્ઝ કાયદો).

એકવાર તમે સર્કિટના વિભાગ માટે ઓહ્મના નિયમને રૂપાંતરિત કરી લો તે પછી, તમે ગરમીના જથ્થાની ગણતરી કરવા માટે ક્યાં તો વોલ્ટેજ અથવા વર્તમાનનો ઉપયોગ કરી શકો છો, પરંતુ પછી તમારે સર્કિટનો પ્રતિકાર જાણવો જોઈએ કારણ કે તે વર્તમાનને મર્યાદિત કરે છે અને વાસ્તવમાં ગરમીનું કારણ બને છે. અથવા, સર્કિટમાં વર્તમાન અને વોલ્ટેજને જાણીને, તમે ઉત્પન્ન થતી ગરમીનું પ્રમાણ સરળતાથી શોધી શકો છો.

વિદ્યુત પ્રવાહની રાસાયણિક ક્રિયા

સીધા વિદ્યુત પ્રવાહ દ્વારા આયનો ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ ઇલેક્ટ્રોલાઈઝ્ડ - આ વર્તમાનની રાસાયણિક ક્રિયા છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન નકારાત્મક આયન (આયન) હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) તરફ આકર્ષાય છે, અને હકારાત્મક આયનો (કેશન્સ) નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) તરફ આકર્ષાય છે. એટલે કે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં સમાવિષ્ટ પદાર્થો વર્તમાન સ્ત્રોતના ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન મુક્ત થાય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોડ્સની જોડી ચોક્કસ એસિડ, આલ્કલી અથવા મીઠાના દ્રાવણમાં ડૂબી જાય છે, અને જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ સર્કિટમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે એક ઇલેક્ટ્રોડ પર હકારાત્મક ચાર્જ અને બીજા પર નકારાત્મક ચાર્જ બનાવવામાં આવે છે. સોલ્યુશનમાં સમાયેલ આયનો રિવર્સ ચાર્જ સાથે ઇલેક્ટ્રોડ પર જમા થવાનું શરૂ કરે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, કોપર સલ્ફેટ (CuSO4) ના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દરમિયાન, હકારાત્મક ચાર્જ સાથેના કોપર કેશન્સ Cu2 + નકારાત્મક ચાર્જવાળા કેથોડ તરફ જાય છે, જ્યાં તેઓ ખૂટતા ચાર્જ મેળવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર સ્થિર થતાં તટસ્થ કોપર અણુઓમાં ફેરવાય છે. હાઇડ્રોક્સિલ જૂથ -OH એનોડમાં ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરશે અને પરિણામે ઓક્સિજન છોડવામાં આવશે. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ હાઇડ્રોજન કેશન્સ H + અને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ SO42- આયન દ્રાવણમાં રહેશે.

ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની રાસાયણિક ક્રિયાનો ઉપયોગ ઉદ્યોગમાં થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, પાણીને તેના ઘટક ભાગો (હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન) માં તોડવા માટે. ઉપરાંત, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ તમને તેમના શુદ્ધ સ્વરૂપમાં કેટલીક ધાતુઓ મેળવવાની મંજૂરી આપે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની મદદથી, ચોક્કસ ધાતુ (નિકલ, ક્રોમિયમ) નું પાતળું પડ સપાટી પર નાખવામાં આવે છે - બસ. ગેલ્વેનિક કોટિંગ વગેરે

1832 માં, માઈકલ ફેરાડેએ સ્થાપિત કર્યું હતું કે ઇલેક્ટ્રોડ પર છોડવામાં આવતા પદાર્થનું દળ m એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી પસાર થતા ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ q સાથે સીધા પ્રમાણમાં છે. જો સીધો પ્રવાહ I ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી સમય t માટે વહે છે, તો ફેરાડેનો વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનો પ્રથમ નિયમ લાગુ પડે છે:

અહીં પ્રમાણસરતા પરિબળ k ને પદાર્થની વિદ્યુતરાસાયણિક સમકક્ષ કહેવાય છે. જ્યારે ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જ ઈલેક્ટ્રોલાઈટમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે તે પદાર્થના જથ્થાના આંકડાકીય રીતે સમાન હોય છે અને તે પદાર્થની રાસાયણિક પ્રકૃતિ પર આધાર રાખે છે.

વિદ્યુત પ્રવાહની ચુંબકીય ક્રિયા

કોઈપણ વાહકમાં વિદ્યુત પ્રવાહની હાજરીમાં (નક્કર, પ્રવાહી અથવા વાયુયુક્ત સ્થિતિમાં), વાહકની આસપાસ ચુંબકીય ક્ષેત્ર જોવા મળે છે, એટલે કે, વર્તમાન વહન કરનાર વાહક ચુંબકીય ગુણધર્મો પ્રાપ્ત કરે છે.

તેથી જો વાયર પર ચુંબક લાવવામાં આવે છે જેના દ્વારા પ્રવાહ વહે છે, ઉદાહરણ તરીકે ચુંબકીય હોકાયંત્રની સોયના સ્વરૂપમાં, તો સોય વાયર પર લંબરૂપ થઈ જશે, અને જો તમે વાયરને લોખંડના કોર પર પવન કરો છો અને સીધો પસાર કરો છો. વાયર દ્વારા વર્તમાન, કોર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ બનશે.

1820 માં, ઓર્સ્ટેડે ચુંબકીય સોય પર વર્તમાનની ચુંબકીય અસરની શોધ કરી અને એમ્પીયરે વર્તમાન વહન કરતા વાયરની ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના જથ્થાત્મક નિયમોની સ્થાપના કરી.

ચુંબકીય ક્ષેત્ર હંમેશા વર્તમાન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે, એટલે કે, ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ, ખાસ કરીને - ચાર્જ થયેલા કણો (ઇલેક્ટ્રોન, આયનો). વિરોધી પ્રવાહો એકબીજાને ભગાડે છે, દિશાવિહીન પ્રવાહો એકબીજાને આકર્ષે છે.

આવી યાંત્રિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રવાહોના ચુંબકીય ક્ષેત્રોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થાય છે, એટલે કે, તે સૌ પ્રથમ ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે, અને તે પછી જ - યાંત્રિક. આમ, પ્રવાહોની ચુંબકીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પ્રાથમિક છે.

1831 માં, ફેરાડેએ જોયું કે એક સર્કિટમાંથી બદલાતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર બીજા સર્કિટમાં પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે: જનરેટ થયેલ EMF ચુંબકીય પ્રવાહના ફેરફારના દરના પ્રમાણસર છે. તે તાર્કિક છે કે તે પ્રવાહોની ચુંબકીય ક્રિયા છે જેનો ઉપયોગ તમામ ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં થાય છે, માત્ર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટમાં જ નહીં (ઉદાહરણ તરીકે, ઔદ્યોગિકમાં).

વિદ્યુત પ્રવાહની પ્રકાશ અસર

તેના સરળ સ્વરૂપમાં, અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવામાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની તેજસ્વી અસર જોઈ શકાય છે, જેનો કોઇલ સફેદ ગરમીમાં પસાર થતા પ્રવાહ દ્વારા ગરમ થાય છે અને પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે.

અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવા માટે, પ્રકાશ ઊર્જા વિતરિત વીજળીના લગભગ 5% રજૂ કરે છે, બાકીની 95% ગરમીમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ વર્તમાન ઊર્જાને વધુ કાર્યક્ષમ રીતે પ્રકાશમાં રૂપાંતરિત કરે છે - 20% સુધી વીજળીને દૃશ્યમાન પ્રકાશમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, જે ફોસ્ફોર્સ મેળવે છે. અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણોત્સર્ગ પારાના વરાળમાં અથવા નિઓન જેવા નિષ્ક્રિય ગેસમાં ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જમાંથી.

એલઇડીમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની પ્રકાશ અસર વધુ અસરકારક રીતે અનુભવાય છે. જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ આગળની દિશામાં pn જંકશનમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે ચાર્જ કેરિયર્સ-ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રો-ફોટોનના ઉત્સર્જન સાથે પુનઃસંયોજિત થાય છે (એક ઊર્જા સ્તરથી બીજામાં ઇલેક્ટ્રોનના સંક્રમણને કારણે).

શ્રેષ્ઠ પ્રકાશ ઉત્સર્જકો ડાયરેક્ટ-ગેપ સેમિકન્ડક્ટર્સ છે (એટલે ​​​​કે, જેમાં સીધા ઓપ્ટિકલ સંક્રમણોની મંજૂરી છે), જેમ કે GaAs, InP, ZnSe અથવા CdTe. સેમિકન્ડક્ટર્સની રચનામાં ફેરફાર કરીને, અલ્ટ્રાવાયોલેટ (GaN) થી મિડ-ઇન્ફ્રારેડ (PbS) સુધીની તમામ પ્રકારની તરંગલંબાઇઓ માટે એલઇડી બનાવી શકાય છે. પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે LED ની કાર્યક્ષમતા સરેરાશ 50% સુધી પહોંચે છે.

ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની યાંત્રિક ક્રિયા

ઉપર નોંધ્યું છે તેમ, કોઈપણ વાહક જેના દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે તે પોતાની આસપાસ રચાય છે ચુંબકીય ક્ષેત્ર… ચુંબકીય ક્રિયાઓ ગતિમાં રૂપાંતરિત થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સમાં, ચુંબકીય પ્રશિક્ષણ ઉપકરણોમાં, ચુંબકીય વાલ્વમાં, રિલે વગેરેમાં.

એક વિદ્યુત પ્રવાહની બીજા પરની યાંત્રિક ક્રિયા એમ્પીયરના નિયમ દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે. આ કાયદો સૌપ્રથમ 1820 માં આન્દ્રે મેરી એમ્પીયર દ્વારા પ્રત્યક્ષ પ્રવાહ માટે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યો હતો. થી એમ્પીયરનો કાયદો તે અનુસરે છે કે એક દિશામાં વહેતા વિદ્યુત પ્રવાહો સાથેના સમાંતર વાયરો આકર્ષે છે અને વિરુદ્ધ દિશામાં આવતા વાયરો ભગાડે છે.

એમ્પીયરના કાયદાને કાયદો પણ કહેવામાં આવે છે જે બળને નિર્ધારિત કરે છે કે જેની સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્ર વર્તમાન-વહન વાહકના નાના ભાગ પર કાર્ય કરે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વર્તમાન વહન કરતા વાયરના તત્વ પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર જે બળ સાથે કાર્ય કરે છે તે વાયરમાંના વર્તમાન અને વાયરની લંબાઈના તત્વ વેક્ટર ઉત્પાદન અને ચુંબકીય ઇન્ડક્શનના સીધા પ્રમાણસર છે.

આ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનું સંચાલન, જ્યાં રોટર ટોર્ક એમ દ્વારા સ્ટેટરના બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વર્તમાન લક્ષી ફ્રેમની ભૂમિકા ભજવે છે.