वैलेन्स इलेक्ट्रॉनहरू र विद्युत संचालकता के हुन्छन्?

वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू र विद्युत संचालकता के हुन्छन्?

वैलेन्स इलेक्ट्रनको परिभाषा

एक परमाणुमा प्रोटन र न्यूट्रनहरू भएको केन्द्र (न्यूक्लियस) र त्योको आसपास इलेक्ट्रनहरू छन्। न्यूक्लियस धनात्मक आवेशित छ र इलेक्ट्रनहरू ऋणात्मक आवेशित छन्। परमाणुहरू विद्युतीय रूपमा तटस्थ छन् किनभने उनीहरूमा प्रोटन र इलेक्ट्रनको संख्या समान छ।

परमाणुमा इलेक्ट्रनहरू उनीहरूको ऊर्जा स्तरानुसार शेलमा व्यवस्थित छन्। न्यूक्लियसको नजिकको शेल न्यूनतम ऊर्जा छ, र दूरको शेल अधिकतम ऊर्जा छ। प्रत्येक शेलमा इलेक्ट्रनको अधिकतम क्षमता छ: पहिलो शेलमा २, दोस्रो शेलमा ८, र यस्तो गरी।

वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू परमाणुको बाहिरी शेलमा रहने इलेक्ट्रनहरू हुन्। यी इलेक्ट्रनहरू रासायनिक बन्धन मा भाग लिन्छन् र विद्युतीय वा चुम्बकीय क्षेत्रद्वारा प्रभावित हुन सक्छन्। तत्त्वको आधारमा वैलेन्स इलेक्ट्रनको संख्या १ देखि ८ सम्म परिवर्तित हुन्छ।

वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू तत्त्वको भौतिक, रासायनिक, र विद्युतीय गुणहरू निर्धारण गर्ने महत्त्वपूर्ण छन्। समान वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू भएका तत्त्वहरूको रासायनिक र बन्धन प्रकार समान छ। विभिन्न संख्याको वैलेन्स इलेक्ट्रनहरूले विभिन्न विद्युतीय संचालकता र सामग्रीको प्रकार उत्पन्न गर्छन्।

विद्युत संचालकता

विद्युत संचालकता एउटा सामग्रीले विद्युत धारा फ्लो कसरी अनुमति दिन्छ त्यो मापन गर्छ। विद्युत धारा चल रहेका विद्युत आवेशहरू, आमतौरले स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू वा आयनहरू द्वारा लिए जाने छ। उच्च संचालकता भएका सामग्रीहरू धारा आसानी ले संचालन गर्छन्, र निम्न संचालकता भएका सामग्रीहरू धारा रोक्दछन्।

सामग्रीको विद्युत संचालकता उसको तापमान, संरचना, रचना, र शुद्धता जस्ता केही गुणहरू आधारमा निर्धारित हुन्छ। तर, सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण गुणहरू मध्ये उसको सामग्रीमा उपलब्ध स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरूको संख्या र व्यवहार छ।

स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू उनीहरूको माता-पिता परमाणुहरूसँग घनिष्ठ रूपमा बन्द नहुने वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू हुन् र सामग्रीमा स्वतंत्र रूपमा चल सक्छन्। यी इलेक्ट्रनहरू लगायत विद्युत क्षेत्र वा संभाव्य अन्तर द्वारा प्रतिक्रिया गर्न सक्छन् र एक दिशामा ड्रिफ्ट गर्छन्, जसले विद्युत धारा उत्पन्न गर्छ।

सामग्रीमा उपलब्ध स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरूको संख्या र व्यवहार उसको घटक परमाणुहरूको वैलेन्स इलेक्ट्रनहरूको संख्याले निर्धारित हुन्छ। सामान्यतया, कम वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू भएका सामग्रीहरूमा अधिक स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू छन्, र अधिक वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू भएका सामग्रीहरूमा कम स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू छन्।

उनीहरूको विद्युत संचालकता र वैलेन्स इलेक्ट्रनहरूको संख्याको आधारमा सामग्रीहरूलाई तीन मुख्य वर्गमा विभाजन गरिन सकिन्छ: संचालक, अर्धसंचालक, र असंचालक।

संचालक

संचालक सामग्रीहरू उच्च विद्युत संचालकता छन् किनभने उनीहरूमा अधिक स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू छन् जसले विद्युत धारा आसानी ले संचालन गर्छ। संचालक सामान्यतया उनीहरूको परमाणुहरूमा एक, दुई, वा तीन वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू छन्। यी वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू उच्च ऊर्जा स्तर छन् र उनीहरूको माता-पिता परमाणुहरूसँग घनिष्ठ रूपमा बन्द छैन। उनीहरू आसानी ले उनीहरूको परमाणुहरूबाट अलग हुन सक्छन् वा विद्युत क्षेत्र वा संभाव्य अन्तर लगाएको बेला सामग्रीमा चल सक्छन्।

अधिकांश धातुहरू विद्युत संचालकतामा उत्तम छन् किनभने उनीहरूको परमाणुहरूमा कम वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू छन्। उदाहरणका लागि, कपाडमा एक वैलेन्स इलेक्ट्रन, मैग्नेशियममा दुई वैलेन्स इलेक्ट्रन, र अल्युमिनियममा तीन वैलेन्स इलेक्ट्रन छन्। यी धातुहरूको क्रिस्टल संरचनामा अधिक स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू छन् जसले विद्युत क्षेत्र लगाएको बेला चल सक्छ।

केही अधातुहरू पनि निश्चित परिस्थितिमा संचालक काम गर्न सक्छन्। उदाहरणका लागि, ग्राफाइट (कार्बनको एक रूप) उनीहरूको परमाणुहरूमा चार वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू छन्, तर तीन लाई अन्य कार्बन परमाणुहरूसँग हेक्सागोनल जालिकामा बन्द गर्ने लागिछ। चौथो वैलेन्स इलेक्ट्रन विद्युत क्षेत्र लगाएको बेला जालिकामा चल सक्छ।

अर्धसंचालक

अर्धसंचालक सामग्रीहरू उच्च विद्युत संचालकता छन् किनभने उनीहरूमा केही स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू छन् जसले निश्चित परिस्थितिमा विद्युत धारा संचालन गर्छ। अर्धसंचालक सामान्यतया उनीहरूको परमाणुहरूमा चार वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू छन्, जस्तै कार्बन, सिलिकन, र जर्मेनियम। यी वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू अन्य परमाणुहरूसँग नियमित जालिका संरचनामा बन्द गरिएका छन्। तर, कक्षा तापमानमा, यी वैलेन्स इलेक्ट्रनहरूको केही उच्च ऊर्जा प्राप्त गर्छन् र उनीहरूको बन्द छोड्दछन् र स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू बन्छन्। यी स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू विद्युत क्षेत्र लगाएको बेला विद्युत धारा संचालन गर्छन्।

तर, शुद्ध अर्धसंचालकमा उपलब्ध स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरूको संख्या अत्यन्त कम छ, र विद्युत संचालकता अत्यन्त निम्न छ। त्यसैले, अर्धसंचालकहरू अक्सर अधिक वा कम वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू भएका दुष्प्रभावी परमाणुहरूसँग डोपिङ गरिन्छ। यो अर्धसंचालकमा स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरूको अधिकता वा कमी उत्पन्न गर्छ, जसले उसको विद्युत संचालकता बढाउँछ।

डोपिङ दुई प्रकारको हुन्छ: n-प्रकार र p-प्रकार। n-प्रकार डोपिङमा, पाँच वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू भएका दुष्प्रभावी परमाणुहरू, जस्तै फास्फोरस वा आर्सेनिक, अर्धसंचालकमा थपिन्छ। यी परमाणुहरू अर्धसंचालकलाई एक अतिरिक्त वैलेन्स इलेक्ट्रन दिन्छ, जसले एक नकारात्मक आवेश वहक्ता जस्तो इलेक्ट्रन उत्पन्न गर्छ। p-प्रकार डोपिङमा, तीन वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू भएका दुष्प्रभावी परमाणुहरू, जस्तै बोरोन वा गैलियम, अर्धसंचालकमा थपिन्छ। यी परमाणुहरू अर्धसंचालकबाट एक वैलेन्स इलेक्ट्रन ग्रहण गर्छ, जसले एक धनात्मक आवेश वहक्ता जस्तो होल उत्पन्न गर्छ।

अर्धसंचालकहरू विभिन्न विद्युतीय उपकरणहरू, जस्तै ट्रान्झिस्टर, डायोड, सौर सेल, लाइट-इमिटिङ डायोड (LED), लेजर, र एकीकृत परिपथहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यी उपकरणहरू अर्धसंचालकहरूको विशिष्ट गुणहरू, जस्तै उनीहरूको चालक र असंचालक अवस्थामा स्विचिङ गर्ने क्षमता, उनीहरूको प्रकाश र तापमानको संवेदनशीलता, र अन्य सामग्रीहरूको संगतता, लाई उपयोग गर्छन्।

असंचालक

असंचालक सामग्रीहरू निम्न विद्युत संचालकता छन् किनभने उनीहरूमा अत्यन्त कम वा कुनै स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू छन् जसले विद्युत धारा संचालन गर्छ। असंचालक सामान्यतया उनीहरूको परमाणुहरूमा पाँच वा त्यो भन्दा बढी वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू छन्। यी वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू उनीहरूको माता-पिता परमाणुहरूसँग घनिष्ठ रूपमा बन्द छन् र उनीहरूलाई छोड्न वा उत्तेजित गर्नको लागि धेरै ऊर्जा आवश्यक छ। त्यसैले, असंचालकहरू लगायत विद्युत क्षेत्र वा संभाव्य अन्तरको प्रतिक्रिया दिन्छन् र विद्युत धाराको प्रवाह रोक्दछन्।

अधिकांश अधातुहरू विद्युत संचालकतामा उत्तम असंचालक छन् किनभने उनीहरूको परमाणुहरूमा धेरै वैलेन्स इलेक्ट्रनहरू छन्। उदाहरणका लागि, नाइट्रोजनमा पाँच वैलेन्स इलेक्ट्रन, सल्फरमा छ वैलेन्स इलेक्ट्रन, र नियोनमा आठ वैलेन्स इलेक्ट्रन छन्। यी तत्त्वहरूको संरचनामा कुनै स्वतंत्र इलेक्ट्रनहरू छैन र उनीहरू विद्युत धारा प्रवाह गर्न अनुमति दिन्छन्।

केही सामग्रीहरू पनि निश्चित परिस्थितिमा असंचालक काम गर्न सक्छन्। उदाहरणका लागि, काँच र रबर कक्षा तापमानमा उत्तम असंचालक छन् तर उच्च तापमानमा यीहरूको केही वैलेन्स इले