વિદ્યુત પ્રવાહના વાહકો

આજે વીજળીને સામાન્ય રીતે "વિદ્યુત શુલ્ક અને સંકળાયેલ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રો" તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જનું અસ્તિત્વ અન્ય ચાર્જ પર તેમની મજબૂત ક્રિયા દ્વારા પ્રગટ થાય છે. દરેક ચાર્જની આજુબાજુની જગ્યામાં વિશેષ ગુણધર્મો હોય છે: વિદ્યુત દળો તેમાં કાર્ય કરે છે, જે આ જગ્યામાં અન્ય શુલ્ક દાખલ કરવામાં આવે ત્યારે પ્રગટ થાય છે. તે એવી જગ્યા છે બળ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર.

જ્યારે શુલ્ક સ્થિર હોય છે, તેમની વચ્ચેની જગ્યા ગુણધર્મો ધરાવે છે ઇલેક્ટ્રિક (ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક) ક્ષેત્ર… પણ જ્યારે આરોપો ફરતા હોય છે, ત્યારે તેમની આસપાસ પણ હોય છે ચુંબકીય ક્ષેત્ર… આપણે ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રના ગુણધર્મોને અલગથી ધ્યાનમાં લઈએ છીએ, પરંતુ વાસ્તવમાં વિદ્યુત પ્રક્રિયાઓ હંમેશા અસ્તિત્વ સાથે સંબંધિત હોય છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર.

નાનામાં નાના ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જને ઘટકો તરીકે સમાવિષ્ટ કરવામાં આવે છે અણુ... અણુ એ રાસાયણિક તત્વનો સૌથી નાનો ભાગ છે જે તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવે છે. અણુ એ ખૂબ જટિલ સિસ્ટમ છે. તેનો મોટાભાગનો સમૂહ કોરમાં કેન્દ્રિત છે. ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ થયેલ પ્રાથમિક કણો ચોક્કસ ભ્રમણકક્ષામાં બાદની આસપાસ ફરે છે - ઇલેક્ટ્રોન.

ગુરુત્વાકર્ષણ બળો ગ્રહોને સૂર્યની ફરતે ભ્રમણકક્ષામાં ફરતા રાખે છે અને ઈલેક્ટ્રોન વિદ્યુત દળો દ્વારા અણુના ન્યુક્લિયસ તરફ આકર્ષાય છે. તે અનુભવથી જાણીતું છે કે ફક્ત વિરોધી શુલ્ક જ એકબીજાને આકર્ષે છે. તેથી, અણુ અને ઇલેક્ટ્રોનના ન્યુક્લિયસ પરના શુલ્ક ચિહ્નમાં અલગ હોવા જોઈએ. ઐતિહાસિક કારણોસર, ન્યુક્લિયસના ચાર્જને હકારાત્મક અને ઇલેક્ટ્રોનના ચાર્જને નકારાત્મક તરીકે માનવાનો રિવાજ છે.

અસંખ્ય પ્રયોગો દર્શાવે છે કે દરેક તત્વના અણુઓના ઇલેક્ટ્રોન સમાન વિદ્યુત ચાર્જ અને સમાન સમૂહ ધરાવે છે. તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોનિક ચાર્જ પ્રાથમિક છે, એટલે કે, સૌથી નાનો શક્ય ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ.

અણુની આંતરિક ભ્રમણકક્ષામાં અને બાહ્ય ભ્રમણકક્ષામાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચે તફાવત કરવાનો રિવાજ છે. આંતરિક ઇલેક્ટ્રોન તેમની ભ્રમણકક્ષામાં ઇન્ટ્રાએટોમિક દળો દ્વારા પ્રમાણમાં ચુસ્ત રીતે રાખવામાં આવે છે. પરંતુ બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન પ્રમાણમાં સરળતાથી અણુમાંથી અલગ થઈ શકે છે અને થોડા સમય માટે મુક્ત રહી શકે છે અથવા બીજા અણુ સાથે જોડી શકે છે. અણુના રાસાયણિક અને વિદ્યુત ગુણધર્મો તેની બાહ્ય ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

અણુના ન્યુક્લિયસ પરના હકારાત્મક ચાર્જની તીવ્રતા નક્કી કરે છે કે અણુ ચોક્કસ રાસાયણિક તત્વનો છે કે નહીં. અણુ (અથવા પરમાણુ) જ્યાં સુધી ઇલેક્ટ્રોન પરના નકારાત્મક ચાર્જનો સરવાળો ન્યુક્લિયસ પરના હકારાત્મક ચાર્જની બરાબર હોય ત્યાં સુધી વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોય છે. પરંતુ એક અણુ કે જેણે એક અથવા વધુ ઈલેક્ટ્રોન ગુમાવ્યા છે તે ન્યુક્લિયસ પર વધુ પડતા હકારાત્મક ચાર્જને કારણે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થાય છે. તે વિદ્યુત દળો (આકર્ષક અથવા પ્રતિકૂળ) ના પ્રભાવ હેઠળ આગળ વધી શકે છે. આવા અણુ છે હકારાત્મક આયન… એક પરમાણુ કે જેણે વધારાના ઇલેક્ટ્રોનને કબજે કર્યું છે તે બને છે નકારાત્મક આયન.

અણુના ન્યુક્લિયસમાં હકારાત્મક ચાર્જ કેરિયર છે પ્રોટોન… તે એક પ્રાથમિક કણ છે જે હાઇડ્રોજન અણુના ન્યુક્લિયસ તરીકે કામ કરે છે. પ્રોટોનનો સકારાત્મક ચાર્જ સંખ્યાત્મક રીતે ઇલેક્ટ્રોનના નકારાત્મક ચાર્જ જેટલો છે, પરંતુ પ્રોટોનનું દળ ઇલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં 1836 ગણું છે. અણુઓના ન્યુક્લીમાં, પ્રોટોન ઉપરાંત, ન્યુટ્રોન પણ હોય છે - કણો કે જેમાં કોઈ વિદ્યુત ચાર્જ નથી. ન્યુટ્રોનનું દળ ઇલેક્ટ્રોનના દળ કરતાં 1838 ગણું છે.

આમ, ત્રણ પ્રાથમિક કણો કે જે પરમાણુ બનાવે છે, તેમાંથી માત્ર ઈલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોનમાં જ ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જ હોય ​​છે. પરંતુ તેમાંથી માત્ર નકારાત્મક ચાર્જવાળા ઈલેક્ટ્રોન જ પદાર્થની અંદર સરળતાથી જઈ શકે છે અને સામાન્ય સ્થિતિમાં સકારાત્મક ચાર્જ માત્ર ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જમાં જ આગળ વધી શકે છે. ભારે આયનોનું સ્વરૂપ, એટલે કે, પદાર્થના અણુઓનું સ્થાનાંતરણ.

ઇલેક્ટ્રીક ચાર્જની ક્રમબદ્ધ ચળવળ રચાય છે, એટલે કે, અવકાશમાં મુખ્ય દિશા ધરાવતી ચળવળ. વીજળી… કણો જેની ગતિ વિદ્યુત પ્રવાહ બનાવે છે — મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં વર્તમાન વાહકો ઇલેક્ટ્રોન છે અને ઘણી ઓછી વાર - આયનો.

કેટલીક અચોક્કસતા માટે પરવાનગી આપતા, ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની નિર્દેશિત હિલચાલ તરીકે વર્તમાનને વ્યાખ્યાયિત કરવું શક્ય છે. વર્તમાન વાહકો પદાર્થમાં વધુ કે ઓછા મુક્તપણે ખસેડી શકે છે.

વાયરોમાંથી એવા પદાર્થો કહેવાય છે જે વર્તમાન પ્રમાણમાં સારી રીતે વહન કરે છે. બધી ધાતુઓ વાહક છે, ખાસ કરીને ચાંદી, તાંબુ અને એલ્યુમિનિયમ.

ધાતુઓની વાહકતા એ હકીકત દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે કે તેમાંના કેટલાક બાહ્ય ઇલેક્ટ્રોન અણુઓથી અલગ પડે છે. આ ઈલેક્ટ્રોન્સના નુકશાનથી થતા સકારાત્મક પ્રયોગો સ્ફટિક જાળીમાં જોડાયેલા હોય છે - એક નક્કર (આયનીય) હાડપિંજર, જે જગ્યાઓમાં એક પ્રકારના ઈલેક્ટ્રોન ગેસના રૂપમાં મુક્ત ઈલેક્ટ્રોન હોય છે.

સૌથી નાનું બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્ર ધાતુમાં પ્રવાહ બનાવે છે, એટલે કે, મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનને તેમના પર કાર્ય કરતા ઇલેક્ટ્રિક દળોની દિશામાં ભળવા દબાણ કરે છે. ધાતુઓ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે વધતા તાપમાન સાથે વાહકતામાં ઘટાડો.

સેમિકન્ડક્ટર્સ વાયર કરતાં વધુ ખરાબ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરો. પદાર્થોની ખૂબ મોટી સંખ્યા સેમિકન્ડક્ટર્સની સંખ્યા સાથે સંબંધિત છે અને તેમના ગુણધર્મો ખૂબ જ વૈવિધ્યસભર છે. ઇલેક્ટ્રોનિક વાહકતા એ સેમિકન્ડક્ટર્સની લાક્ષણિકતા છે (એટલે ​​​​કે, તેમાંનો પ્રવાહ, ધાતુઓની જેમ, મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની નિર્દેશિત હિલચાલ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે - આયનો નહીં) અને ધાતુઓથી વિપરીત, વધતા તાપમાન સાથે વાહકતામાં વધારો. સામાન્ય રીતે, સેમિકન્ડક્ટર્સને બાહ્ય પ્રભાવો - રેડિયેશન, દબાણ, વગેરે પર તેમની વાહકતાની મજબૂત અવલંબન દ્વારા પણ વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક્સ (ઇન્સ્યુલેટર) તેઓ વ્યવહારીક રીતે વર્તમાનનું સંચાલન કરતા નથી. બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર n નું કારણ બને છેઅણુઓ, પરમાણુઓ અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક્સના આયનોનું ધ્રુવીકરણઅણુ અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક પરમાણુ બનાવે છે તે સ્થિતિસ્થાપક રીતે બંધાયેલા ચાર્જના બાહ્ય ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ વિસ્થાપન. ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા ખૂબ ઓછી છે.

તમે કંડક્ટર, સેમિકન્ડક્ટર્સ અને ડાઇલેક્ટ્રિક્સ વચ્ચે સખત સીમાઓને સ્પષ્ટ કરી શકતા નથી. વિદ્યુત ઉપકરણોમાં, વાયર વિદ્યુત શુલ્કની હિલચાલ માટેના માર્ગ તરીકે સેવા આપે છે, અને આ ચળવળને યોગ્ય રીતે દિશામાન કરવા માટે ડાઇલેક્ટ્રિક્સની જરૂર છે.

બિન-ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક મૂળના દળોના ચાર્જ પરની ક્રિયાને કારણે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ બનાવવામાં આવે છે, જેને બાહ્ય દળો કહેવાય છે.તેઓ વાયરમાં ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ બનાવે છે, જે સકારાત્મક ચાર્જને ક્ષેત્ર દળોની દિશામાં આગળ વધવા દબાણ કરે છે, અને નકારાત્મક ચાર્જ, ઇલેક્ટ્રોન, વિરુદ્ધ દિશામાં.

ધાતુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનની અનુવાદાત્મક ગતિના ખ્યાલને સ્પષ્ટ કરવા તે ઉપયોગી છે. મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન અણુઓ વચ્ચેની જગ્યામાં, પરમાણુઓની વિપરીત થર્મલ હિલચાલમાં રેન્ડમ હિલચાલની સ્થિતિમાં હોય છે. શરીરની થર્મલ સ્થિતિ પરમાણુઓની એકબીજા સાથે અથડામણ અને પરમાણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણને કારણે થાય છે.

ઈલેક્ટ્રોન પરમાણુઓ સાથે અથડામણ કરે છે અને તેની હિલચાલની દિશા બદલી નાખે છે, પરંતુ ધીમે ધીમે તે ખૂબ જ જટિલ વળાંકનું વર્ણન કરીને આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે. એક ચોક્કસ દિશામાં ચાર્જ થયેલા કણોની લાંબા ગાળાની હિલચાલ, જે અલગ-અલગ દિશામાં તેમની અસ્તવ્યસ્ત હિલચાલ પર સુપરઇમ્પોઝ કરવામાં આવે છે, તેને તેમના ડ્રિફ્ટ કહેવામાં આવે છે. આમ, ધાતુઓમાં વિદ્યુત પ્રવાહ, આધુનિક મંતવ્યો અનુસાર, ચાર્જ થયેલા કણોનો પ્રવાહ છે.