पदार्थों की विद्युत चालकता

इस लेख में, हम विद्युत चालकता के विषय को प्रकट करेंगे, हम याद करेंगे कि विद्युत प्रवाह क्या है, यह एक चालक के प्रतिरोध से कैसे संबंधित है और तदनुसार, इसकी विद्युत चालकता से। आइए इन राशियों की गणना के लिए मुख्य सूत्रों पर ध्यान दें, विषय पर स्पर्श करना वर्तमान गति और विद्युत क्षेत्र की ताकत से इसका संबंध। हम विद्युत प्रतिरोध और तापमान के बीच संबंध को भी देखेंगे।

आरंभ करने के लिए, आइए याद करें कि विद्युत प्रवाह क्या है। यदि आप किसी पदार्थ को बाहरी विद्युत क्षेत्र में रखते हैं, तो इस क्षेत्र से बलों की कार्रवाई के तहत, प्राथमिक आवेश वाहकों - आयनों या इलेक्ट्रॉनों - की गति पदार्थ में शुरू हो जाएगी। यह बिजली का झटका होगा। करंट I को एम्पीयर में मापा जाता है, और एक एम्पीयर वह करंट होता है जिस पर प्रति सेकंड तार के क्रॉस सेक्शन से एक कूलम्ब के बराबर चार्ज प्रवाहित होता है।

करंट प्रत्यक्ष, वैकल्पिक, स्पंदित होता है।दिष्टधारा एक निश्चित क्षण पर अपना परिमाण और दिशा नहीं बदलती है, प्रत्यावर्ती धारा समय के साथ अपना परिमाण और दिशा बदलती है (एसी जनरेटर और ट्रांसफार्मर बिल्कुल प्रत्यावर्ती धारा देते हैं), स्पंदित धारा अपना परिमाण बदलती है लेकिन दिशा नहीं बदलती (जैसे संशोधित प्रत्यावर्ती धारा) . वर्तमान दालों)।

पदार्थ एक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत एक विद्युत प्रवाह का संचालन करते हैं, और इस गुण को विद्युत चालकता कहा जाता है, जो विभिन्न पदार्थों के लिए अलग-अलग होता है। पदार्थों की विद्युत चालकता उनमें मुक्त आवेशित कणों की सांद्रता पर निर्भर करती है, अर्थात आयन और इलेक्ट्रॉन जो न तो क्रिस्टल संरचना से बंधे हैं, न अणुओं के साथ, न ही दिए गए पदार्थ के परमाणुओं के साथ। इसलिए, किसी दिए गए पदार्थ में मुक्त आवेश वाहकों की सांद्रता के आधार पर, पदार्थों को विद्युत चालकता की डिग्री द्वारा विभाजित किया जाता है: कंडक्टर, डाइलेक्ट्रिक्स और सेमीकंडक्टर्स।

इसकी विद्युत चालकता सर्वाधिक होती है विद्युत प्रवाह के तार, और प्रकृति में भौतिक प्रकृति के कंडक्टरों को दो प्रकारों द्वारा दर्शाया जाता है: धातु और इलेक्ट्रोलाइट्स। धातुओं में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण विद्युत प्रवाह होता है, अर्थात, उनके पास इलेक्ट्रॉनिक चालकता होती है, और इलेक्ट्रोलाइट्स में (एसिड, लवण, क्षार के घोल में) - आयनों की गति से - अणुओं के कुछ भाग जिनके पास सकारात्मक और ऋणात्मक आवेश, अर्थात इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता आयनिक होती है। आयनीकृत वाष्प और गैसों को मिश्रित चालकता की विशेषता होती है, जहां वर्तमान इलेक्ट्रॉनों और आयनों दोनों के आंदोलन के कारण होता है।

इलेक्ट्रॉन सिद्धांत धातुओं की उच्च विद्युत चालकता की पूरी तरह से व्याख्या करता है।धातुओं में उनके नाभिक के साथ वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का बंधन कमजोर होता है, इसलिए ये इलेक्ट्रॉन कंडक्टर के पूरे आयतन में परमाणु से परमाणु तक स्वतंत्र रूप से चलते हैं।

यह पता चला है कि धातुओं में मुक्त इलेक्ट्रॉन गैस, इलेक्ट्रॉन गैस जैसे परमाणुओं के बीच की जगह को भरते हैं और अराजक गति में होते हैं। लेकिन जब एक धातु के तार को विद्युत क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन एक व्यवस्थित तरीके से आगे बढ़ेंगे, वे करंट पैदा करते हुए धनात्मक ध्रुव की ओर बढ़ेंगे। इस प्रकार एक धातु कंडक्टर में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति को विद्युत प्रवाह कहा जाता है।

यह ज्ञात है कि अंतरिक्ष में एक विद्युत क्षेत्र के प्रसार की गति लगभग 300,000,000 मीटर / सेकंड के बराबर है, अर्थात प्रकाश की गति। यह वही गति है जिस पर एक तार के माध्यम से धारा प्रवाहित होती है।

इसका मतलब क्या है? इसका मतलब यह नहीं है कि धातु में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन इतनी बड़ी गति से चलता है, बल्कि एक तार में इलेक्ट्रॉन, इसके विपरीत, कुछ मिलीमीटर प्रति सेकंड से कुछ सेंटीमीटर प्रति सेकंड की गति पर निर्भर करता है। विद्युत क्षेत्र की ताकत, लेकिन एक तार के साथ विद्युत प्रवाह के प्रसार की गति प्रकाश की गति के बराबर होती है।

बात यह है कि प्रत्येक मुक्त इलेक्ट्रॉन इसी "इलेक्ट्रॉन गैस" के सामान्य इलेक्ट्रॉन प्रवाह में निकलता है, और वर्तमान के पारित होने के दौरान, विद्युत क्षेत्र इस पूरे प्रवाह पर कार्य करता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन लगातार संचारित होते हैं यह फील्ड एक्शन एक दूसरे से - पड़ोसी से पड़ोसी तक।

लेकिन तार के साथ विद्युत ऊर्जा के प्रसार की गति बहुत अधिक होने के बावजूद, इलेक्ट्रॉन बहुत धीरे-धीरे अपने स्थान पर जाते हैं।इसलिए जब बिजली संयंत्र में स्विच चालू किया जाता है, तो पूरे नेटवर्क में करंट तुरंत उत्पन्न होता है और इलेक्ट्रॉन व्यावहारिक रूप से स्थिर हो जाते हैं।

हालांकि, जब मुक्त इलेक्ट्रॉन एक तार के साथ चलते हैं, तो वे अपने रास्ते में कई टक्करों का अनुभव करते हैं, वे परमाणुओं, आयनों, अणुओं से टकराते हैं, जिससे उनकी कुछ ऊर्जा उनमें स्थानांतरित हो जाती है। इस प्रतिरोध को दूर करने वाले गतिमान इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा गर्मी के रूप में आंशिक रूप से नष्ट हो जाती है और कंडक्टर गर्म हो जाता है।

ये टकराव इलेक्ट्रॉनों की गति के प्रतिरोध के रूप में कार्य करते हैं, यही कारण है कि आवेशित कणों की गति को रोकने के लिए एक चालक के गुण को विद्युत प्रतिरोध कहा जाता है। तार के कम प्रतिरोध के साथ, तार को वर्तमान द्वारा थोड़ा गर्म किया जाता है, एक महत्वपूर्ण के साथ - बहुत मजबूत और यहां तक ​​​​कि सफेद तक, इस प्रभाव का उपयोग हीटिंग उपकरणों और गरमागरम लैंप में किया जाता है।

प्रतिरोध परिवर्तन की इकाई ओम है। प्रतिरोध R = 1 ओम ऐसे तार का प्रतिरोध है, जब 1 एम्पीयर की दिष्ट धारा इसमें से गुजरती है तो तार के सिरों पर विभवान्तर 1 वोल्ट होता है। 1 ओम में प्रतिरोध का मानक 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पारा 1063 मिमी ऊंचा, क्रॉस-सेक्शन 1 वर्ग मीटर का एक स्तंभ है।

चूँकि तारों को विद्युत प्रतिरोध द्वारा अभिलक्षित किया जाता है, हम कह सकते हैं कि तार कुछ हद तक विद्युत प्रवाह का संचालन करने में सक्षम है। इस संबंध में, चालकता या विद्युत चालकता नामक मूल्य पेश किया जाता है। विद्युत चालकता एक चालक की विद्युत प्रवाह संचालित करने की क्षमता है, अर्थात विद्युत प्रतिरोध का व्युत्क्रम।

विद्युत चालकता G (चालकता) की इकाई सीमेंस (S) और 1 S = 1 / (1 ओम) है। जी = 1 / आर।

चूंकि अलग-अलग पदार्थों के परमाणु अलग-अलग मात्रा में विद्युत प्रवाह के मार्ग में हस्तक्षेप करते हैं, इसलिए अलग-अलग पदार्थों का विद्युत प्रतिरोध अलग-अलग होता है। इसी वजह से यह कॉन्सेप्ट पेश किया गया विद्युतीय प्रतिरोध, जिसका मान «p» इस या उस पदार्थ के प्रवाहकीय गुणों की विशेषता है।

विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध को ओम * मी में मापा जाता है, अर्थात 1 मीटर के किनारे वाले पदार्थ के घन का प्रतिरोध। इसी तरह, किसी पदार्थ की विद्युत चालकता विशिष्ट विद्युत चालकता की विशेषता होती है ?, जिसे S / m में मापा जाता है, अर्थात 1 मीटर के किनारे वाले पदार्थ के घन की चालकता।

आज, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में प्रवाहकीय सामग्री मुख्य रूप से रिबन, टायर, तारों के रूप में उपयोग की जाती है, एक निश्चित क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र और एक निश्चित लंबाई के साथ, लेकिन मीटर क्यूब्स के रूप में नहीं। और विद्युत प्रतिरोध और विशिष्ट आकार के तारों की विद्युत चालकता की अधिक सुविधाजनक गणना के लिए, विद्युत प्रतिरोध और विद्युत चालकता दोनों के लिए माप की अधिक स्वीकार्य इकाइयां पेश की गईं। ओम * mm2 / m — प्रतिरोध के लिए, और cm * m / mm2 — विद्युत चालकता के लिए।

अब हम कह सकते हैं कि विद्युत प्रतिरोध और विद्युत चालकता 20 ° C के तापमान पर 1 मीटर लंबे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र 1 sq.mm के तार के प्रवाहकीय गुणों की विशेषता है, यह अधिक सुविधाजनक है।

सोना, तांबा, चांदी, क्रोमियम और एल्यूमीनियम जैसी धातुओं में सबसे अच्छी विद्युत चालकता होती है। स्टील और लोहा कम प्रवाहकीय होते हैं। शुद्ध धातुओं में हमेशा उनकी मिश्र धातुओं की तुलना में बेहतर विद्युत चालकता होती है, इसलिए विद्युत इंजीनियरिंग में शुद्ध तांबे को प्राथमिकता दी जाती है।यदि आपको विशेष रूप से उच्च प्रतिरोध की आवश्यकता है, तो टंगस्टन, निक्रोम, कॉन्स्टेंटन का उपयोग किया जाता है।

विशिष्ट विद्युत प्रतिरोध या विद्युत चालकता के मूल्य को जानने के बाद, इस तार की लंबाई एल और क्रॉस-आंशिक क्षेत्र एस को ध्यान में रखते हुए, किसी दिए गए सामग्री से बने एक निश्चित तार के प्रतिरोध या विद्युत चालकता की आसानी से गणना की जा सकती है।

सभी सामग्रियों की विद्युत चालकता और विद्युत प्रतिरोध तापमान पर निर्भर करते हैं, क्योंकि क्रिस्टल जाली के परमाणुओं के तापीय कंपन की आवृत्ति और आयाम भी बढ़ते तापमान के साथ बढ़ते हैं, विद्युत प्रवाह का प्रतिरोध और इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह भी उसी के अनुसार बढ़ता है।

जैसे-जैसे तापमान घटता है, इसके विपरीत, क्रिस्टल जाली के परमाणुओं का कंपन कम होता जाता है, प्रतिरोध कम होता जाता है (विद्युत चालकता बढ़ती है)। कुछ पदार्थों में, तापमान पर प्रतिरोध की निर्भरता कम होती है, दूसरों में यह अधिक मजबूत होती है। उदाहरण के लिए, कॉन्स्टेंटन, फेक्रल और मैंगानिन जैसी मिश्र धातुएं एक निश्चित तापमान सीमा में प्रतिरोध को थोड़ा बदल देती हैं, यही वजह है कि थर्मोस्टेबल प्रतिरोधक उनसे बने होते हैं।

प्रतिरोध का तापमान गुणांक? आपको एक विशिष्ट सामग्री के लिए एक निश्चित तापमान पर इसके प्रतिरोध में वृद्धि की गणना करने की अनुमति देता है और तापमान में 1 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ प्रतिरोध में सापेक्ष वृद्धि की विशेषता है।

प्रतिरोध के तापमान गुणांक और तापमान में वृद्धि को जानने के बाद, किसी दिए गए तापमान पर किसी पदार्थ के प्रतिरोध की गणना करना आसान होता है।

हमें उम्मीद है कि हमारा लेख आपके लिए उपयोगी था और अब आप आसानी से किसी भी तापमान पर किसी भी तार के प्रतिरोध और चालकता की गणना कर सकते हैं।