विद्युत प्रवाह के वाहक

बिजली को आज आमतौर पर "विद्युत आवेश और संबंधित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र" के रूप में परिभाषित किया जाता है। विद्युत आवेशों का अस्तित्व ही अन्य आवेशों पर उनकी तीव्र क्रिया से प्रकट होता है। प्रत्येक आवेश के आस-पास के स्थान में विशेष गुण होते हैं: इसमें विद्युत बल कार्य करते हैं, जो इस स्थान में अन्य आवेशों को पेश किए जाने पर प्रकट होते हैं। यह एक ऐसा स्थान है बल विद्युत क्षेत्र.

जबकि आवेश स्थिर होते हैं, उनके बीच के स्थान में गुण होते हैं विद्युत (इलेक्ट्रोस्टैटिक) क्षेत्र… लेकिन जब चार्ज चल रहे होते हैं तो उनके आसपास भी होते हैं चुंबकीय क्षेत्र… हम विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के गुणों को अलग-अलग मानते हैं, लेकिन वास्तव में विद्युत प्रक्रियाएं हमेशा अस्तित्व से संबंधित होती हैं विद्युत चुम्बकीय.

सबसे छोटे विद्युत आवेशों को घटकों के रूप में शामिल किया जाता है एटम... एक परमाणु एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा हिस्सा है जो इसके रासायनिक गुणों को वहन करता है। एक परमाणु एक बहुत ही जटिल प्रणाली है। इसका अधिकांश द्रव्यमान कोर में केंद्रित है। विद्युत रूप से आवेशित प्राथमिक कण कुछ कक्षाओं में उत्तरार्द्ध के चारों ओर घूमते हैं - इलेक्ट्रॉनों.

गुरुत्वाकर्षण बल ग्रहों को सूर्य के चारों ओर कक्षाओं में घूमते रहते हैं, और इलेक्ट्रॉनों को विद्युत बलों द्वारा परमाणु के नाभिक की ओर आकर्षित किया जाता है। अनुभव से ज्ञात होता है कि केवल विपरीत आवेश ही एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। इसलिए, परमाणु के नाभिक और इलेक्ट्रॉनों पर आवेश अलग-अलग होने चाहिए। ऐतिहासिक कारणों से, नाभिक के आवेश को धनात्मक और इलेक्ट्रॉनों के आवेश को ऋणात्मक मानने की प्रथा है।

कई प्रयोगों से पता चला है कि प्रत्येक तत्व के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों में समान विद्युत आवेश और समान द्रव्यमान होता है। इसी समय, इलेक्ट्रॉनिक चार्ज प्राथमिक होता है, यानी सबसे छोटा संभव इलेक्ट्रिक चार्ज।

यह परमाणु की आंतरिक कक्षाओं और बाहरी कक्षाओं में स्थित इलेक्ट्रॉनों के बीच अंतर करने की प्रथा है। आंतरिक इलेक्ट्रॉनों को अंतर्परमाणुक बलों द्वारा उनकी कक्षाओं में अपेक्षाकृत कसकर बांधा जाता है। लेकिन बाहरी इलेक्ट्रॉन अपेक्षाकृत आसानी से परमाणु से अलग हो सकते हैं और थोड़ी देर के लिए मुक्त रह सकते हैं या दूसरे परमाणु से जुड़ सकते हैं। एक परमाणु के रासायनिक और विद्युत गुण इसकी बाहरी कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं।

परमाणु के नाभिक पर धनात्मक आवेश का परिमाण यह निर्धारित करता है कि परमाणु एक निश्चित रासायनिक तत्व से संबंधित है या नहीं। एक परमाणु (या अणु) विद्युत रूप से तटस्थ होता है जब तक कि इलेक्ट्रॉनों पर ऋणात्मक आवेशों का योग नाभिक पर धनात्मक आवेश के बराबर होता है। लेकिन एक परमाणु जिसने एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों को खो दिया है, वह नाभिक पर अतिरिक्त धनात्मक आवेश के कारण धनात्मक रूप से आवेशित हो जाता है। यह विद्युत बलों (आकर्षक या प्रतिकारक) के प्रभाव में चल सकता है। ऐसा परमाणु है सकारात्मक आयन… एक परमाणु जिसने अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लिया है नकारात्मक आयन.

परमाणु के नाभिक में धनावेश वाहक होता है प्रोटॉन… यह एक प्राथमिक कण है जो हाइड्रोजन परमाणु के नाभिक के रूप में कार्य करता है। प्रोटॉन का धनात्मक आवेश संख्यात्मक रूप से इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक आवेश के बराबर होता है, लेकिन प्रोटॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1836 गुना होता है। प्रोटॉन के अलावा परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉन भी होते हैं - ऐसे कण जिनमें कोई विद्युत आवेश नहीं होता है। एक न्यूट्रॉन का द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1838 गुना होता है।

इस प्रकार, परमाणु बनाने वाले तीन प्राथमिक कणों में से केवल इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन में ही विद्युत आवेश होते हैं। लेकिन इनमें से केवल नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन ही पदार्थ के अंदर आसानी से चल सकते हैं, और सामान्य परिस्थितियों में धनात्मक आवेश केवल उसी में गति कर सकते हैं। भारी आयनों का रूप, अर्थात् पदार्थ के परमाणुओं का स्थानांतरण।

विद्युत आवेशों का क्रमबद्ध संचलन बनता है, अर्थात एक ऐसा संचलन जिसकी अंतरिक्ष में एक प्रमुख दिशा होती है बिजली…कण जिनकी गति से विद्युत धारा उत्पन्न होती है — ज्यादातर मामलों में वर्तमान वाहक इलेक्ट्रॉन होते हैं और बहुत कम - आयन।

कुछ अशुद्धि की अनुमति देते हुए, वर्तमान को विद्युत आवेशों की निर्देशित गति के रूप में परिभाषित करना संभव है। वर्तमान वाहक पदार्थ में कम या ज्यादा स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित हो सकते हैं।

तारों से वे पदार्थ कहलाते हैं जो अपेक्षाकृत अच्छी तरह से विद्युत प्रवाहित करते हैं। सभी धातुएँ सुचालक होती हैं, विशेषकर चाँदी, ताँबा और एल्युमिनियम।

धातुओं की चालकता इस तथ्य से समझाया जाता है कि उनमें कुछ बाहरी इलेक्ट्रॉन परमाणुओं से अलग हो जाते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों के नुकसान के परिणामस्वरूप होने वाले सकारात्मक प्रयोग एक क्रिस्टल जाली में जुड़े होते हैं - एक ठोस (आयनिक) कंकाल, जिसमें एक प्रकार की इलेक्ट्रॉन गैस के रूप में मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं।

सबसे छोटा बाहरी विद्युत क्षेत्र धातु में एक करंट बनाता है, अर्थात मुक्त इलेक्ट्रॉनों को उन पर कार्य करने वाले विद्युत बलों की दिशा में मिश्रण करने के लिए मजबूर करता है। धातुओं की विशेषता होती है बढ़ते तापमान के साथ चालकता में कमी.

अर्धचालक विद्युत प्रवाह का संचालन तारों की तुलना में बहुत खराब है। बहुत बड़ी संख्या में पदार्थ अर्धचालकों की संख्या से संबंधित हैं और उनके गुण बहुत विविध हैं। इलेक्ट्रॉनिक चालकता अर्धचालकों की विशेषता है (अर्थात, उनमें धारा निर्मित होती है, जैसे धातुओं में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों के निर्देशित संचलन द्वारा - आयन नहीं) और, धातुओं के विपरीत, बढ़ते तापमान के साथ चालकता में वृद्धि होती है। सामान्य तौर पर, अर्धचालकों को बाहरी प्रभावों - विकिरण, दबाव आदि पर उनकी चालकता की एक मजबूत निर्भरता की भी विशेषता होती है।

डाइलेक्ट्रिक्स (इंसुलेटर) वे व्यावहारिक रूप से करंट का संचालन नहीं करते हैं। एक बाहरी विद्युत क्षेत्र n का कारण बनता हैडाइलेक्ट्रिक्स के परमाणुओं, अणुओं या आयनों का ध्रुवीकरणएक परमाणु या ढांकता हुआ अणु बनाने वाले प्रत्यास्थ रूप से बंधे हुए आवेशों के बाहरी क्षेत्र की क्रिया के तहत विस्थापन। डाइलेक्ट्रिक्स में मुक्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या बहुत कम होती है।

आप कंडक्टरों, अर्धचालकों और डाइलेक्ट्रिक्स के बीच कठोर सीमाएँ निर्दिष्ट नहीं कर सकते। विद्युत उपकरणों में, तार विद्युत आवेशों की गति के लिए एक मार्ग के रूप में कार्य करते हैं, और इस गति को ठीक से निर्देशित करने के लिए डाइलेक्ट्रिक्स की आवश्यकता होती है।

गैर-इलेक्ट्रोस्टैटिक मूल के आवेशों की क्रिया के कारण विद्युत धारा का निर्माण होता है, जिसे बाह्य बल कहा जाता है।वे तार में एक विद्युत क्षेत्र बनाते हैं, जो धनात्मक आवेशों को क्षेत्र बलों की दिशा में और ऋणात्मक आवेशों, इलेक्ट्रॉनों को विपरीत दिशा में जाने के लिए बाध्य करता है।

धातुओं में इलेक्ट्रॉनों की स्थानांतरणीय गति की अवधारणा को स्पष्ट करना उपयोगी है। मुक्त इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के बीच अंतरिक्ष में यादृच्छिक गति की स्थिति में होते हैं, अणुओं के रिवर्स थर्मल आंदोलन में। शरीर की ऊष्मीय स्थिति एक दूसरे के साथ अणुओं के टकराव और अणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों के टकराव के कारण होती है।

इलेक्ट्रॉन अणुओं से टकराता है और अपनी गति की दिशा बदलता है, लेकिन एक बहुत ही जटिल वक्र का वर्णन करते हुए धीरे-धीरे आगे बढ़ना जारी रखता है। एक विशिष्ट दिशा में आवेशित कणों की लंबी अवधि की गति, विभिन्न दिशाओं में उनके अराजक आंदोलन पर आरोपित, उनका बहाव कहा जाता है। इस प्रकार, धातुओं में विद्युत प्रवाह, आधुनिक विचारों के अनुसार, आवेशित कणों का बहाव है।