विद्युत की प्रकृति और विद्युत की अवधारणा

विद्युत सबसे सामान्य ऊर्जा का रूप है। विद्युत का उपयोग प्रकाश, परिवहन, खाना पकाना, संचार, कारखानों में विभिन्न वस्तुओं का उत्पादन और बहुत कुछ के लिए किया जाता है। हम में से कोई भी ठीक से नहीं जानता कि विद्युत क्या है। विद्युत की अवधारणा और इसके पीछे के सिद्धांत, इसके विभिन्न व्यवहारों को देखकर विकसित किए जा सकते हैं। विद्युत की प्रकृति को देखने के लिए, पदार्थों की संरचना का अध्ययन करना आवश्यक है। इस ब्रह्मांड में प्रत्येक पदार्थ अत्यंत छोटे कणों, जिन्हें अणु कहा जाता है, से बना होता है। अणु उस पदार्थ का सबसे छोटा कण है, जिसमें उस पदार्थ की सभी पहचान उपलब्ध होती है। अणु आगे छोटे कणों, जिन्हें परमाणु कहा जाता है, से बना होता है। परमाणु एक तत्व का सबसे छोटा कण है जो अस्तित्व में रह सकता है।

दो प्रकार के पदार्थ होते हैं। जिस पदार्थ के अणु समान परमाणुओं से बने होते हैं, उसे तत्व कहा जाता है। जिस पदार्थ के अणु असमान परमाणुओं से बने होते हैं, उसे यौगिक कहा जाता है। विद्युत की अवधारणा पदार्थों की परमाणु संरचना से प्राप्त की जा सकती है।

परमाणु की संरचना

एक परमाणु एक केंद्रीय नाभिक से युक्त होता है। नाभिक धनात्मक प्रोटोनों और ऋणात्मक न्यूट्रॉनों से बना होता है। इस नाभिक के चारों ओर कई कक्षीय इलेक्ट्रॉन होते हैं। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन का ऋणात्मक आवेश – 1.602 × 10– 19 कूलंब होता है और नाभिक का प्रत्येक प्रोटोन धनात्मक आवेश +1.602 × 10 – 19 कूलंब होता है। विपरीत आवेश के कारण नाभिक और कक्षीय इलेक्ट्रॉनों के बीच कुछ आकर्षण बल होता है। इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान नाभिक के द्रव्यमान की तुलना में ग्राह्य रूप से नगण्य होता है। प्रत्येक प्रोटोन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1840 गुना होता है।

जैसे-जैसे प्रत्येक इलेक्ट्रॉन और प्रत्येक प्रोटोन का मापांक समान होता है, इलेक्ट्रिकल रूप से तटस्थ परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटोनों की संख्या के बराबर होती है। जब परमाणु इलेक्ट्रॉन खो देता है, तो वह धनात्मक आयन बन जाता है और इसी तरह जब परमाणु इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है, तो वह ऋणात्मक आयन बन जाता है।

परमाणुओं के बाहरी कक्ष में ढीले बंधित इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों को अपने माता परमाणु से अलग होने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इन इलेक्ट्रॉनों को फ्री इलेक्ट्रॉन कहा जाता है, जो पदार्थ के अंदर यादृच्छिक रूप से घूमते हैं और एक परमाणु से दूसरे परमाणु में स्थानांतरित होते हैं। किसी पदार्थ का कोई टुकड़ा, जिसमें इलेक्ट्रॉनों और प्रोटोनों की संख्या असमान हो, इलेक्ट्रिकल रूप से आवेशित कहा जाता है। जब इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटोनों की तुलना में अधिक हो, तो पदार्थ ऋणात्मक रूप से आवेशित होता है और जब प्रोटोनों की संख्या इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक हो, तो पदार्थ धनात्मक रूप से आवेशित होता है।

विद्युत की मूल प्रकृति यह है, जब एक ऋणात्मक आवेशित वस्तु को एक धनात्मक आवेशित वस्तु से एक संचालक के माध्यम से जोड़ा जाता है, तो ऋणात्मक वस्तु के अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन धनात्मक वस्तु की ओर बहना शुरू कर देते हैं, जो उस धनात्मक वस्तु में इलेक्ट्रॉनों की कमी को पूरा करते हैं।
उम्मीद है कि आपने ऊपर दिए गए विवरण से विद्युत की बहुत बुनियादी अवधारणा प्राप्त की होगी। कुछ सामग्रियों में आम तापमान पर बहुत सारे फ्री इलेक्ट्रॉन होते हैं। इस प्रकार की सामग्रियों के बहुत अच्छे उदाहरण हैं, चांदी, तांबा, एल्यूमिनियम, जिंक आदि। यदि विद्युत संभावित अंतर इन सामग्रियों के टुकड़े पर लगाया जाता है, तो इन फ्री इलेक्ट्रॉनों का आंदोलन आसानी से एक विशिष्ट दिशा में निर्देशित किया जा सकता है। फ्री इलेक्ट्रॉनों की विशाल संख्या के कारण ये सामग्रियाँ अच्छी विद्युत चालकता रखती हैं। इन सामग्रियों को अच्छे संचालक कहा जाता है। संचालक में इलेक्ट्रॉनों का एक दिशा में ड्रिफ्ट विद्युत धारा के रूप में जाना जाता है। वास्तव में इलेक्ट्रॉन (-Ve) से (+Ve) की ओर बहते हैं, लेकिन विद्युत धारा की सामान्य परंपरागत दिशा को उच्च संभावित बिंदु से कम संभावित बिंदु की ओर माना जाता है, इसलिए विद्युत धारा की परंपरागत दिशा इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह की दिशा के विपरीत होती है। ग्लास, माइका, स्लेट, पोर्सलेन जैसी गैर-धातु युक्त सामग्रियों में, बाहरी कक्ष पूरा होता है और इसके बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉन खोने की लगभग कोई संभावना नहीं होती है। इसलिए इस प्रकार की सामग्रियों में लगभग कोई फ्री इलेक्ट्रॉन उपलब्ध नहीं होता है।
इसलिए, ये सामग्रियाँ विद्युत का संचालन नहीं कर सकती, दूसरे शब्दों में, इन सामग्रियों की विद्युत चालकता बहुत कम होती है। ऐसी सामग्रियों को गैर-संचालक या विद्युत अचालक