પ્રવાહી અને વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ

પ્રવાહીમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ

મેટલ વાહક માં વીજળી મુક્ત ઈલેક્ટ્રોનની નિર્દેશિત હિલચાલ દ્વારા રચાય છે અને જે પદાર્થના વાહક બનાવવામાં આવે છે તેમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી.

આવા વાહક, જેમાં વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે તેના પદાર્થમાં રાસાયણિક ફેરફારો સાથે નથી, તેને પ્રથમ-વર્ગના વાહક કહેવામાં આવે છે... તેમાં તમામ ધાતુઓ, કોલસો અને અન્ય સંખ્યાબંધ પદાર્થોનો સમાવેશ થાય છે.

પરંતુ પ્રકૃતિમાં વિદ્યુત પ્રવાહના આવા વાહક પણ છે જેમાં પ્રવાહ પસાર થવા દરમિયાન રાસાયણિક ઘટનાઓ થાય છે. આ વાહકને બીજા પ્રકારના વાહક કહેવામાં આવે છે... તેઓ મુખ્યત્વે એસિડ, ક્ષાર અને પાયાના પાણીમાં વિવિધ ઉકેલોનો સમાવેશ કરે છે.

જો તમે કાચના વાસણમાં પાણી રેડો અને તેમાં સલ્ફ્યુરિક એસિડ (અથવા અન્ય કોઈ એસિડ અથવા આલ્કલી)ના થોડા ટીપાં ઉમેરો અને પછી બે ધાતુની પ્લેટ લો અને તેની સાથે વાયર જોડો, આ પ્લેટોને પાત્રમાં નીચે કરો અને પ્રવાહને જોડો. સ્વીચ અને એમીટર દ્વારા વાયરના અન્ય છેડા સુધી પહોંચો, પછી સોલ્યુશનમાંથી ગેસ છોડવામાં આવશે અને જ્યાં સુધી સર્કિટ બંધ છે ત્યાં સુધી તે સતત ચાલુ રહેશે.એસિડિફાઇડ પાણી ખરેખર વાહક છે. વધુમાં, પ્લેટો ગેસ પરપોટા સાથે આવરી લેવાનું શરૂ કરશે. પછી આ પરપોટા પ્લેટોમાંથી અલગ થઈ જશે અને બહાર આવશે.

જ્યારે દ્રાવણમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે રાસાયણિક ફેરફારો થાય છે, જેના પરિણામે ગેસ બહાર આવે છે.

તેમને બીજા પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સના વાહક કહેવામાં આવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં જે ઘટના બને છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ તેમાંથી પસાર થાય છે તે ઇલેક્ટ્રોલિસિસ છે.

ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં ડૂબી ગયેલી ધાતુની પ્લેટોને ઇલેક્ટ્રોડ કહેવામાં આવે છે; તેમાંથી એક વર્તમાન સ્ત્રોતના સકારાત્મક ધ્રુવ સાથે જોડાયેલ એનોડ કહેવાય છે અને અન્ય નકારાત્મક ધ્રુવ સાથે જોડાયેલ છે તે કેથોડ છે.

પ્રવાહી વાહકમાં વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થાય છે તે શું નક્કી કરે છે? તે તારણ આપે છે કે આવા સોલ્યુશન્સમાં (ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ) એસિડ પરમાણુઓ (આલ્કલીસ, મીઠું) દ્રાવકની ક્રિયા હેઠળ (આ કિસ્સામાં પાણી) બે ઘટકોમાં વિભાજિત થાય છે અને પરમાણુના એક ભાગમાં હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ હોય ​​છે, અને બીજો a નકારાત્મક એક.

વિદ્યુત ચાર્જ ધરાવતા પરમાણુના કણોને આયનો કહેવામાં આવે છે... જ્યારે એસિડ, મીઠું અથવા આલ્કલી પાણીમાં ઓગળી જાય છે, ત્યારે દ્રાવણમાં મોટી સંખ્યામાં હકારાત્મક અને નકારાત્મક બંને આયન જોવા મળે છે.

હવે તે સ્પષ્ટ થવું જોઈએ કે શા માટે દ્રાવણમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર થયો, કારણ કે વર્તમાન સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલા ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે, સંભવિત તફાવતબીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, તેમાંથી એક સકારાત્મક ચાર્જ થયેલો અને બીજો નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલો નીકળ્યો. આ સંભવિત તફાવતના પ્રભાવ હેઠળ, હકારાત્મક આયનો નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ તરફ - કેથોડ અને નકારાત્મક આયનો - એનોડ તરફ ભળવા લાગ્યા.

આમ, આયનોની અસ્તવ્યસ્ત હિલચાલ એ એક દિશામાં નકારાત્મક આયનોની અને બીજી દિશામાં હકારાત્મક આયનોની વ્યવસ્થિત વિરુદ્ધ ચળવળ બની છે.આ ચાર્જ ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનો પ્રવાહ છે અને જ્યાં સુધી ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં સંભવિત તફાવત હોય ત્યાં સુધી થાય છે. જેમ જેમ સંભવિત તફાવત અદૃશ્ય થઈ જાય છે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્વારા પ્રવાહ અટકે છે, આયનોની આદેશિત હિલચાલ વિક્ષેપિત થાય છે અને અસ્તવ્યસ્ત હિલચાલ ફરીથી શરૂ થાય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની ઘટનાને ધ્યાનમાં લો, જ્યારે વિદ્યુત પ્રવાહ કોપર સલ્ફેટ CuSO4 ના સોલ્યુશનમાંથી પસાર થાય છે જેમાં કોપર ઇલેક્ટ્રોડ ઘટે છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની ઘટના જ્યારે વર્તમાન કોપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાંથી પસાર થાય છે: C — ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથેનું જહાજ, B — વર્તમાન સ્ત્રોત, C — સ્વિચ

ઇલેક્ટ્રોડ્સમાં આયનોની વિપરીત હિલચાલ પણ હશે. ધન આયન કોપર આયન (Cu) હશે અને ઋણ આયન એસિડ અવશેષ (SO4) હશે. તાંબાના આયનો, જ્યારે કેથોડના સંપર્કમાં હોય, ત્યારે વિસર્જિત કરવામાં આવશે (ખુટતા ઇલેક્ટ્રોનને પોતાની સાથે જોડીને), એટલે કે, તેઓ શુદ્ધ તાંબાના તટસ્થ અણુઓમાં રૂપાંતરિત થશે અને સૌથી પાતળા (મોલેક્યુલર) સ્વરૂપમાં કેથોડ પર જમા થશે. ) સ્તર.

એનોડ સુધી પહોંચતા નકારાત્મક આયનો પણ બહાર કાઢવામાં આવે છે (વધારાના ઇલેક્ટ્રોનનું દાન કરો). પરંતુ તે જ સમયે, તેઓ એનોડના કોપર સાથે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયામાં પ્રવેશ કરે છે, જેના પરિણામે એસિડ અવશેષો SO4 માં કોપર પરમાણુ Cti ઉમેરવામાં આવે છે, અને કોપર સલ્ફેટ CnasO4 નું પરમાણુ રચાય છે અને પાછું પરમાણુમાં પાછું આવે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ

આ રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ઘણો સમય લાગતો હોવાથી, કેથોડ પર તાંબુ જમા થાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી મુક્ત થાય છે. આ કિસ્સામાં, કેથોડમાં ગયેલા તાંબાના અણુઓને બદલે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બીજા ઇલેક્ટ્રોડ, એનોડના વિસર્જનને કારણે નવા તાંબાના અણુઓ મેળવે છે.

જો તાંબાને બદલે ઝીંક ઇલેક્ટ્રોડ લેવામાં આવે તો તે જ પ્રક્રિયા થાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઝીંક સલ્ફેટ ZnSO4 નું દ્રાવણ છે.ઝીંક પણ એનોડમાંથી કેથોડમાં સ્થાનાંતરિત થશે.

તેથી, ધાતુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ અને પ્રવાહી વાહક વચ્ચેનો તફાવત એ હકીકતમાં રહેલો છે કે ધાતુઓમાં ચાર્જ કેરિયર્સ માત્ર મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન છે, એટલે કે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં હોય ત્યારે નકારાત્મક શુલ્ક વીજળી દ્રવ્યના વિપરીત ચાર્જવાળા કણો દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે - આયનો વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ વધે છે. તેથી જ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં આયનીય વાહકતા હોવાનું કહેવાય છે.

વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની ઘટના 1837 માં બી.એસ. જેકોબી દ્વારા શોધી કાઢવામાં આવી હતી, જેમણે વર્તમાનના રાસાયણિક સ્ત્રોતોનો અભ્યાસ કરવા અને સુધારવા માટે અસંખ્ય પ્રયોગો કર્યા હતા. જેકોબીએ શોધી કાઢ્યું કે કોપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાં મૂકવામાં આવેલા ઇલેક્ટ્રોડમાંથી એક, જ્યારે તેમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર થાય છે, ત્યારે તે તાંબાથી કોટેડ હતો.

આ ઘટનાને ઇલેક્ટ્રોફોર્મિંગ કહેવામાં આવે છે, હવે તે એક અત્યંત વિશાળ વ્યવહારુ એપ્લિકેશન શોધે છે. આનું એક ઉદાહરણ અન્ય ધાતુઓના પાતળા પડ સાથે ધાતુની વસ્તુઓનું કોટિંગ છે, ઉદાહરણ તરીકે નિકલ પ્લેટિંગ, ગોલ્ડ પ્લેટિંગ, સિલ્વર વગેરે.

વાયુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ

વાયુઓ (હવા સહિત) સામાન્ય સ્થિતિમાં વીજળીનું સંચાલન કરતા નથી. ઉદાહરણ તરીકે, એક ધ્યેય ઓવરહેડ લાઇન માટે વાયરએકબીજાને સમાંતર લટકાવવામાં આવે છે, તેઓ હવાના સ્તર દ્વારા એકબીજાથી અલગ પડે છે.

જો કે, ઉચ્ચ તાપમાનના પ્રભાવ હેઠળ, મોટા સંભવિત તફાવત અને અન્ય કારણો, વાયુઓ, જેમ કે પ્રવાહી વાહક, આયનાઇઝ થાય છે, એટલે કે, ગેસના પરમાણુઓના કણો તેમનામાં મોટી સંખ્યામાં દેખાય છે, જે વીજળીના વાહક તરીકે, પસાર થવામાં ફાળો આપે છે. ગેસ દ્વારા વિદ્યુત પ્રવાહ.

પરંતુ તે જ સમયે, ગેસનું આયનીકરણ પ્રવાહી વાહકના આયનીકરણથી અલગ છે.જો પ્રવાહીમાં પરમાણુ બે ચાર્જવાળા ભાગોમાં વિભાજિત થાય છે, તો પછી આયનીકરણની ક્રિયા હેઠળ વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રોન હંમેશા દરેક પરમાણુથી અલગ પડે છે અને આયન પરમાણુના હકારાત્મક ચાર્જવાળા ભાગના સ્વરૂપમાં રહે છે.

વ્યક્તિએ ફક્ત ગેસનું આયનીકરણ અટકાવવાનું છે, કારણ કે તે વાહક બનવાનું બંધ કરે છે, જ્યારે પ્રવાહી હંમેશા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું વાહક રહે છે. તેથી, ગેસની વાહકતા એ એક અસ્થાયી ઘટના છે, જે બાહ્ય કારણોની ક્રિયા પર આધારિત છે.

જો કે, ત્યાં કંઈક બીજું છે ઇલેક્ટ્રિકલ ડિસ્ચાર્જનો પ્રકારઆર્ક ડિસ્ચાર્જ અથવા ફક્ત ઇલેક્ટ્રિક આર્ક કહેવાય છે. પ્રથમ રશિયન વિદ્યુત ઇજનેર વી.વી. પેટ્રોવ દ્વારા 19મી સદીની શરૂઆતમાં ઇલેક્ટ્રિક આર્ક ઘટનાની શોધ કરવામાં આવી હતી.

V.V. અસંખ્ય પ્રયોગો હાથ ધરીને, પેટ્રોવે શોધ્યું કે વર્તમાન સ્ત્રોત સાથે જોડાયેલા બે કોલસાની વચ્ચે, હવામાં સતત વિદ્યુત સ્રાવ દેખાય છે, તેની સાથે તેજસ્વી પ્રકાશ છે. તેમના લખાણોમાં, વી.વી. પેટ્રોવે લખ્યું છે કે આ કિસ્સામાં "અંધારી શાંતિ પૂરતી તેજસ્વી રીતે પ્રગટ થઈ શકે છે." આમ, પ્રથમ વખત, ઇલેક્ટ્રિક લાઇટ મેળવવામાં આવી હતી, જે અન્ય રશિયન ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયર, પાવેલ નિકોલાયેવિચ યાબ્લોચકોવ દ્વારા વ્યવહારીક રીતે લાગુ કરવામાં આવી હતી.

"સ્વેષ્ટ યાબ્લોચકોવ", જેનું કામ ઇલેક્ટ્રિક આર્કના ઉપયોગ પર આધારિત છે, તેણે તે સમયે ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં વાસ્તવિક ક્રાંતિ કરી.

આર્ક ડિસ્ચાર્જનો ઉપયોગ આજે પ્રકાશ સ્ત્રોત તરીકે થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે સ્પોટલાઇટ્સ અને પ્રોજેક્શન ઉપકરણોમાં. આર્ક ડિસ્ચાર્જનું ઊંચું તાપમાન તેને માટે ઉપયોગમાં લેવાની મંજૂરી આપે છે આર્ક ફર્નેસ ઉપકરણો… હાલમાં, ખૂબ ઊંચા પ્રવાહ દ્વારા સંચાલિત આર્ક ભઠ્ઠીઓનો ઉપયોગ સંખ્યાબંધ ઉદ્યોગોમાં થાય છે: સ્ટીલ, કાસ્ટ આયર્ન, ફેરો એલોય, બ્રોન્ઝ વગેરેને પીગળવા માટે. અને 1882 માં, એનએન બેનાર્ડોસે સૌપ્રથમ ધાતુને કાપવા અને વેલ્ડીંગ માટે આર્ક ડિસ્ચાર્જનો ઉપયોગ કર્યો.

ગેસ પાઈપોમાં, ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ્સ, વોલ્ટેજ સ્ટેબિલાઇઝર્સ, ઇલેક્ટ્રોન અને આયન બીમ મેળવવા માટે, કહેવાતા ગ્લો ગેસ ડિસ્ચાર્જ.

સ્પાર્ક ડિસ્ચાર્જ ગોળાકાર સ્પાર્ક ગેપનો ઉપયોગ કરીને મોટા સંભવિત તફાવતોને માપવા માટે વપરાય છે, જેમાંથી ઇલેક્ટ્રોડ્સ પોલિશ્ડ સપાટીવાળા બે મેટલ બોલ છે. દડાઓ અલગ-અલગ ખસેડવામાં આવે છે અને તેમના પર માપી શકાય તેવો સંભવિત તફાવત લાગુ કરવામાં આવે છે. પછી દડાને એક સાથે નજીક લાવવામાં આવે છે જ્યાં સુધી તેમની વચ્ચે સ્પાર્ક પસાર ન થાય. દડાનો વ્યાસ, તેમની વચ્ચેનું અંતર, હવાનું દબાણ, તાપમાન અને ભેજ જાણીને, તેઓ વિશિષ્ટ કોષ્ટકો અનુસાર દડાઓ વચ્ચે સંભવિત તફાવત શોધી કાઢે છે. આ પદ્ધતિથી, હજારો વોલ્ટના ક્રમના સંભવિત તફાવતને થોડા ટકાની ચોકસાઈ સાથે માપવાનું શક્ય છે.