પદાર્થોની વિદ્યુત વાહકતા

આ લેખમાં, અમે વિદ્યુત વાહકતાનો વિષય જાહેર કરીશું, અમે યાદ કરીશું કે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ શું છે, તે કંડક્ટરના પ્રતિકાર સાથે કેવી રીતે સંબંધિત છે અને તે મુજબ, તેની વિદ્યુત વાહકતા સાથે. ચાલો વિષય પર સ્પર્શ કરીને, આ જથ્થાઓની ગણતરી માટેના મુખ્ય સૂત્રોની નોંધ લઈએ વર્તમાન ગતિ અને તેનો સંબંધ વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાત સાથે. અમે વિદ્યુત પ્રતિકાર અને તાપમાન વચ્ચેના સંબંધને પણ સ્પર્શ કરીશું.

શરૂ કરવા માટે, ચાલો યાદ કરીએ કે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ શું છે. જો તમે બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં કોઈ પદાર્થ મૂકો છો, તો પછી આ ક્ષેત્રના દળોની ક્રિયા હેઠળ, પ્રારંભિક ચાર્જ કેરિયર્સ - આયનો અથવા ઇલેક્ટ્રોન - ની ગતિ પદાર્થમાં શરૂ થશે. તે ઇલેક્ટ્રિક આંચકો હશે. વર્તમાન I એ એમ્પીયરમાં માપવામાં આવે છે, અને એક એમ્પીયર એ વર્તમાન છે કે જેના પર એક કૂલમ્બ જેટલો ચાર્જ પ્રતિ સેકન્ડમાં વાયરના ક્રોસ વિભાગમાંથી વહે છે.

વર્તમાન પ્રત્યક્ષ, વૈકલ્પિક, ધબકતું છે.ડાયરેક્ટ કરંટ આપેલ ક્ષણે તેની તીવ્રતા અને દિશા બદલી શકતું નથી, વૈકલ્પિક પ્રવાહ સમય સાથે તેની તીવ્રતા અને દિશા બદલે છે (AC જનરેટર અને ટ્રાન્સફોર્મર્સ બરાબર વૈકલ્પિક પ્રવાહ આપે છે), ધબકારા કરતો પ્રવાહ તેની તીવ્રતા બદલે છે પરંતુ દિશા બદલતો નથી (દા.ત. સુધારેલ વૈકલ્પિક પ્રવાહ) . વર્તમાન કઠોળ).

પદાર્થો વિદ્યુત ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ વિદ્યુત પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે, અને આ ગુણધર્મને વિદ્યુત વાહકતા કહેવામાં આવે છે, જે વિવિધ પદાર્થો માટે અલગ હોય છે. પદાર્થોની વિદ્યુત વાહકતા તેમાં રહેલા મુક્ત ચાર્જ કણોની સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે, એટલે કે, આયન અને ઇલેક્ટ્રોન કે જે ન તો સ્ફટિકની રચના સાથે, ન તો પરમાણુઓ સાથે, ન તો આપેલ પદાર્થના અણુઓ સાથે બંધાયેલા નથી. તેથી, આપેલ પદાર્થમાં ફ્રી ચાર્જ કેરિયર્સની સાંદ્રતાના આધારે, પદાર્થોને વિદ્યુત વાહકતાની ડિગ્રી દ્વારા વિભાજિત કરવામાં આવે છે: વાહક, ડાઇલેક્ટ્રિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર.

તે સૌથી વધુ વિદ્યુત વાહકતા ધરાવે છે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના વાયર, અને ભૌતિક પ્રકૃતિ દ્વારા પ્રકૃતિમાં વાહક બે પ્રકારો દ્વારા રજૂ થાય છે: ધાતુઓ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ. ધાતુઓમાં, પ્રવાહ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલને કારણે છે, એટલે કે, તેમની પાસે ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સમાં (એસિડ, ક્ષાર, પાયાના ઉકેલોમાં) - આયનોની હિલચાલથી - પરમાણુઓના ભાગો કે જે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ચાર્જ, એટલે કે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની વાહકતા આયનીય છે. આયોનાઇઝ્ડ વરાળ અને વાયુઓ મિશ્ર વાહકતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જ્યાં વર્તમાન ઇલેક્ટ્રોન અને આયન બંનેની હિલચાલને કારણે છે.

ઇલેક્ટ્રોન સિદ્ધાંત ધાતુઓની ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતાને સંપૂર્ણ રીતે સમજાવે છે.ધાતુઓમાં તેમના ન્યુક્લી સાથે વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોનનું બંધન નબળું છે, તેથી આ ઇલેક્ટ્રોન વાહકના સમગ્ર જથ્થામાં પરમાણુથી અણુમાં મુક્તપણે ફરે છે.

તે તારણ આપે છે કે ધાતુઓમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન ગેસ, ઇલેક્ટ્રોન ગેસ જેવા અણુઓ વચ્ચેની જગ્યા ભરે છે અને અસ્તવ્યસ્ત ગતિમાં છે. પરંતુ જ્યારે ધાતુના વાયરને ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન વ્યવસ્થિત રીતે આગળ વધશે, તેઓ સકારાત્મક ધ્રુવ તરફ જશે, વર્તમાન બનાવશે. આમ ધાતુના વાહકમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની ક્રમબદ્ધ હિલચાલને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ કહેવામાં આવે છે.

તે જાણીતું છે કે અવકાશમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના પ્રસારની ઝડપ લગભગ 300,000,000 m/s, એટલે કે, પ્રકાશની ઝડપ જેટલી છે. આ તે જ ઝડપ છે કે જેના પર વાયરમાંથી પ્રવાહ વહે છે.

તેનો અર્થ શું છે? આનો અર્થ એ નથી કે ધાતુમાં દરેક ઈલેક્ટ્રોન આટલી પ્રચંડ ઝડપે આગળ વધે છે, પરંતુ વાયરમાંના ઈલેક્ટ્રોન, તેનાથી વિપરિત, કેટલાક મિલીમીટર પ્રતિ સેકન્ડથી કેટલાક સેન્ટીમીટર પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપ ધરાવે છે, જે તેના પર આધાર રાખે છે. ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ, પરંતુ વાયર સાથે વિદ્યુત પ્રવાહના પ્રસારની ઝડપ પ્રકાશની ઝડપ જેટલી બરાબર છે.

આ બાબત એ છે કે દરેક મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન આ જ "ઇલેક્ટ્રોન ગેસ" ના સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોન પ્રવાહમાં હોવાનું બહાર આવ્યું છે, અને વર્તમાન પસાર થવા દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર આ સમગ્ર પ્રવાહ પર કાર્ય કરે છે, જેના પરિણામે ઇલેક્ટ્રોન સતત પ્રસારિત થાય છે. આ ક્ષેત્રની ક્રિયા એકબીજા પ્રત્યે - પાડોશીથી પાડોશી સુધી.

પરંતુ વાયર સાથે વિદ્યુત ઊર્જાના પ્રસારની ઝડપ પ્રચંડ હોવા છતાં, ઇલેક્ટ્રોન ખૂબ જ ધીમે ધીમે તેમના સ્થાનો પર જાય છે.તેથી જ્યારે પાવર પ્લાન્ટમાં સ્વીચ ચાલુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સમગ્ર નેટવર્કમાં તરત જ કરંટ આવે છે અને ઇલેક્ટ્રોન વ્યવહારીક રીતે સ્થિર રહે છે.

જો કે, જ્યારે મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન વાયર સાથે આગળ વધે છે, ત્યારે તેઓ તેમના માર્ગ પર ઘણી અથડામણ અનુભવે છે, તેઓ અણુઓ, આયનો, પરમાણુઓ સાથે અથડાય છે, તેમની કેટલીક ઊર્જા તેમનામાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા જે આ પ્રતિકારને દૂર કરે છે તે ગરમી તરીકે આંશિક રીતે વિખેરી નાખવામાં આવે છે અને વાહક ગરમ થાય છે.

આ અથડામણો ઈલેક્ટ્રોનની હિલચાલના પ્રતિકાર તરીકે કામ કરે છે, તેથી જ ચાર્જ થયેલા કણોની હિલચાલને રોકવા માટે વાહકની મિલકતને વિદ્યુત પ્રતિકાર કહેવામાં આવે છે. વાયરના નીચા પ્રતિકાર સાથે, વાયરને પ્રવાહ દ્વારા સહેજ ગરમ કરવામાં આવે છે, જેમાં નોંધપાત્ર - વધુ મજબૂત અને તે પણ સફેદ હોય છે, આ અસર હીટિંગ ઉપકરણો અને અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવાઓમાં વપરાય છે.

પ્રતિકાર પરિવર્તનનું એકમ ઓહ્મ છે. પ્રતિકાર R = 1 ઓહ્મ એ આવા વાયરનો પ્રતિકાર છે, જ્યારે 1 એમ્પીયરનો સીધો પ્રવાહ તેમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે વાયરના છેડા પર સંભવિત તફાવત 1 વોલ્ટ છે. 1 ઓહ્મમાં પ્રતિકારનું ધોરણ 0 ° સે તાપમાને પારાના 1063 મીમી ઉંચા, ક્રોસ-સેક્શન 1 ચોરસ મીમીનો સ્તંભ છે.

વાયર વિદ્યુત પ્રતિકાર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ હોવાથી, અમે કહી શકીએ કે અમુક અંશે વાયર ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરવામાં સક્ષમ છે. આ જોડાણમાં, વાહકતા અથવા વિદ્યુત વાહકતા નામનું મૂલ્ય રજૂ કરવામાં આવે છે. વિદ્યુત વાહકતા એ વિદ્યુત પ્રવાહનું સંચાલન કરવાની વાહકની ક્ષમતા છે, એટલે કે, વિદ્યુત પ્રતિકારની પારસ્પરિક.

વિદ્યુત વાહકતા G (વાહકતા) નું એકમ સિમેન્સ (S) અને 1 S = 1 / (1 ઓહ્મ) છે. જી = 1 / આર.

વિવિધ પદાર્થોના અણુઓ વિદ્યુત પ્રવાહના વિવિધ ડિગ્રીમાં પસાર થવામાં દખલ કરતા હોવાથી, વિવિધ પદાર્થોનો વિદ્યુત પ્રતિકાર અલગ અલગ હોય છે. આ કારણોસર, ખ્યાલ રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો વિદ્યુત પ્રતિકાર, જેનું મૂલ્ય «p» આ અથવા તે પદાર્થના વાહક ગુણધર્મોને દર્શાવે છે.

વિશિષ્ટ વિદ્યુત પ્રતિકાર ઓહ્મ * m માં માપવામાં આવે છે, એટલે કે, 1 મીટરની ધાર સાથે પદાર્થના ઘનનો પ્રતિકાર. એ જ રીતે, પદાર્થની વિદ્યુત વાહકતા ચોક્કસ વિદ્યુત વાહકતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે?, S/m માં માપવામાં આવે છે, એટલે કે, 1 મીટરની ધાર સાથે પદાર્થના ઘનનું વાહકતા.

આજે, ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં વાહક સામગ્રીનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે રિબન, ટાયર, વાયરના સ્વરૂપમાં થાય છે, ચોક્કસ ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર અને ચોક્કસ લંબાઈ સાથે, પરંતુ મીટર ક્યુબ્સના સ્વરૂપમાં નહીં. અને વિદ્યુત પ્રતિકાર અને ચોક્કસ કદના વાયરની વિદ્યુત વાહકતાની વધુ અનુકૂળ ગણતરીઓ માટે, વિદ્યુત પ્રતિકાર અને વિદ્યુત વાહકતા બંને માટે માપનના વધુ સ્વીકાર્ય એકમો રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા. ઓહ્મ * mm2/m — પ્રતિકાર માટે, અને Cm * m/mm2 — વિદ્યુત વાહકતા માટે.

હવે આપણે કહી શકીએ કે વિદ્યુત પ્રતિકાર અને વિદ્યુત વાહકતા 20 ° સે તાપમાને 1 ચોરસ મીમી, 1 મીટર લાંબા ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર સાથે વાયરના વાહક ગુણધર્મોને લાક્ષણિકતા આપે છે, તે વધુ અનુકૂળ છે.

સોનું, તાંબુ, ચાંદી, ક્રોમિયમ અને એલ્યુમિનિયમ જેવી ધાતુઓમાં શ્રેષ્ઠ વિદ્યુત વાહકતા હોય છે. સ્ટીલ અને આયર્ન ઓછા વાહક છે. શુદ્ધ ધાતુઓમાં હંમેશા તેમના એલોય કરતાં વધુ સારી વિદ્યુત વાહકતા હોય છે, તેથી વિદ્યુત ઈજનેરીમાં શુદ્ધ તાંબાને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે.જો તમને ખાસ કરીને ઉચ્ચ પ્રતિકારની જરૂર હોય, તો પછી ટંગસ્ટન, નિક્રોમ, કોન્સ્ટેન્ટનનો ઉપયોગ થાય છે.

ચોક્કસ વિદ્યુત પ્રતિકાર અથવા વિદ્યુત વાહકતાના મૂલ્યને જાણીને, આ વાયરની લંબાઈ l અને ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર Sને ધ્યાનમાં લેતા, આપેલ સામગ્રીમાંથી બનેલા ચોક્કસ વાયરના પ્રતિકાર અથવા વિદ્યુત વાહકતાની સરળતાથી ગણતરી કરી શકે છે.

તમામ સામગ્રીઓની વિદ્યુત વાહકતા અને વિદ્યુત પ્રતિકાર તાપમાન પર આધાર રાખે છે, કારણ કે ક્રિસ્ટલ જાળીના અણુઓના થર્મલ સ્પંદનોની આવર્તન અને કંપનવિસ્તાર પણ વધતા તાપમાન સાથે વધે છે, ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનો પ્રતિકાર અને ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ પણ તે મુજબ વધે છે.

જેમ જેમ તાપમાન ઘટે છે, તેનાથી વિપરીત, સ્ફટિક જાળીના અણુઓના સ્પંદનો નાના બને છે, પ્રતિકાર ઘટે છે (વિદ્યુત વાહકતા વધે છે). કેટલાક પદાર્થોમાં, તાપમાન પર પ્રતિકારની અવલંબન ઓછી ઉચ્ચારણ છે, અન્યમાં તે વધુ મજબૂત છે. ઉદાહરણ તરીકે, કોન્સ્ટેન્ટન, ફેક્રલ અને મેંગેનિન જેવા એલોય ચોક્કસ તાપમાન શ્રેણીમાં પ્રતિકારમાં થોડો ફેરફાર કરે છે, તેથી જ થર્મોસ્ટેબલ રેઝિસ્ટર તેમાંથી બને છે.

પ્રતિકારનું તાપમાન ગુણાંક? તમને ચોક્કસ સામગ્રી માટે ચોક્કસ તાપમાને તેના પ્રતિકારમાં વધારોની ગણતરી કરવાની મંજૂરી આપે છે અને તાપમાનમાં 1 ° સેના વધારા સાથે પ્રતિકારમાં સંબંધિત વધારાને આંકડાકીય રીતે લાક્ષણિકતા આપે છે.

પ્રતિકારના તાપમાન ગુણાંક અને તાપમાનમાં વધારો જાણવાથી, આપેલ તાપમાને પદાર્થના પ્રતિકારની ગણતરી કરવી સરળ છે.

અમે આશા રાખીએ છીએ કે અમારો લેખ તમારા માટે ઉપયોગી હતો અને હવે તમે કોઈપણ તાપમાને કોઈપણ વાયરના પ્રતિકાર અને વાહકતાની સરળતાથી ગણતરી કરી શકો છો.