वायर, केबल और धातुओं में विद्युत धारा इलेक्ट्रॉन कैसे चलती है?

तारों, केबलों और धातुओं में विद्युत धारा की गति एक मौलिक भौतिक घटना है जो इलेक्ट्रॉनों की गति और चालक सामग्रियों के गुणों से संबंधित है। इस प्रक्रिया की विस्तृत व्याख्या निम्नलिखित है:

1. स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों की अवधारणा

धातुओं और चालक सामग्रियों में बड़ी संख्या में स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन होते हैं। ये स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के नाभिकों से बंधे नहीं होते और सामग्री के भीतर स्वतंत्र रूप से गति कर सकते हैं। स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति धातुओं के विद्युत के अच्छे चालक होने का प्राथमिक कारण है।

2. बाह्य विद्युत क्षेत्र का प्रभाव

जब एक वोल्टेज (यानी, एक बाह्य विद्युत क्षेत्र) को एक चालक सामग्री पर लगाया जाता है, तो विद्युत क्षेत्र के प्रभाव से स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों पर प्रभाव पड़ता है और वे दिशात्मक रूप से गति करना शुरू कर देते हैं। विद्युत क्षेत्र की दिशा इलेक्ट्रॉनों की गति की दिशा निर्धारित करती है। आमतौर पर, विद्युत क्षेत्र सकारात्मक टर्मिनल से ऋणात्मक टर्मिनल की ओर दिखाता है, और इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशा में, ऋणात्मक टर्मिनल से सकारात्मक टर्मिनल की ओर गति करते हैं।

3. इलेक्ट्रॉनों की दिशात्मक गति

विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन दिशात्मक रूप से गति करना शुरू कर देते हैं, जिससे एक धारा बनती है। धारा की दिशा सकारात्मक आवेश की गति की दिशा के रूप में परिभाषित की जाती है, जो वास्तविक इलेक्ट्रॉन गति की विपरीत दिशा में होती है। इसलिए, जब हम कहते हैं कि धारा सकारात्मक से ऋणात्मक तक बहती है, तो यह वास्तव में इलेक्ट्रॉनों को ऋणात्मक से सकारात्मक तक गति करते हुए दर्शाता है।

4. जालक से प्रतिक्रिया

अपनी गति के दौरान, स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन सामग्री के जालक (परमाणु व्यवस्था) से टकराते हैं। ये टकराव इलेक्ट्रॉनों को विक्षेपित करते हैं, उनकी गति की दिशा बदल देते हैं और उनकी औसत गति को कम कर देते हैं। यह विक्षेपण प्रभाव प्रतिरोध का एक स्रोत है।

5. धारा घनत्व

धारा घनत्व (J) इकाई अनुप्रस्थ क्षेत्रफल पर धारा होता है और इसे निम्न सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:

J= I/A

जहाँ I धारा है और A चालक का अनुप्रस्थ क्षेत्रफल है।

6. ओह्म का नियम

ओह्म का नियम धारा, वोल्टेज और प्रतिरोध के बीच संबंध का वर्णन करता है:

V=IR

जहाँ V वोल्टेज, I धारा, और R प्रतिरोध है।

7. चालक सामग्रियों के गुण

विभिन्न चालक सामग्रियों में विभिन्न चालक गुण होते हैं, जो उनकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना और जालक संरचना पर निर्भर करते हैं। उदाहरण के लिए, तांबा और चांदी अच्छे चालक हैं क्योंकि उनमें बड़ी संख्या में स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन और कम प्रतिरोधता होती है।

8. तापमान का प्रभाव

तापमान चालकता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। आम तौर पर, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, सामग्री में जालक की दोलन तीव्र हो जाती है, जिससे इलेक्ट्रॉन-जालक टकरावों की आवृत्ति बढ़ जाती है और उच्च प्रतिरोध का कारण बनती है। इसी कारण से चालकों का प्रतिरोध उच्च तापमान पर बढ़ जाता है।

9. सुपरचालकता

कुछ विशिष्ट परिस्थितियों में, कुछ सामग्रियाँ सुपरचालक अवस्था में प्रवेश कर सकती हैं, जहाँ प्रतिरोध शून्य हो जाता है, जिससे धारा बिना किसी नुकसान के बह सकती है। सुपरचालकता आम तौर पर बहुत कम तापमान पर होती है, लेकिन हाल के अनुसंधानों में कुछ उच्च-तापमान सुपरचालक सामग्रियाँ खोजी गई हैं।

सारांश

तारों, केबलों और धातुओं में विद्युत धारा की गति बाह्य विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों की दिशात्मक गति से चली जाती है। इलेक्ट्रॉनों के सामग्री के जालक से टकराने से प्रतिरोध उत्पन्न होता है। चालक सामग्रियों के गुण, तापमान और अन्य कारक धारा प्रसारण की दक्षता पर प्रभाव डालते हैं। इन मूल सिद्धांतों को समझने से चालक सामग्रियों और सर्किटों के बेहतर डिजाइन और उपयोग में मदद मिलती है।