विद्युत चालकों के गुण
एक विद्युत संचालक एक पदार्थ है जो विभवांतर के अधीन होने पर इलेक्ट्रिक आवेशों को आसानी से गुजरने देता है। विद्युत संचालक तार, ट्रांसमिशन लाइनों, विद्युत मशीनों, गर्मी तत्वों, इलेक्ट्रोस्टैटिक शील्डिंग और अन्य कई अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक हैं। इस लेख में, हम विद्युत संचालकों के गुण, उनके प्रकार, उदाहरणों और अनुप्रयोगों का अध्ययन करेंगे।
विद्युत संचालक क्या है?
विद्युत संचालक को ऐसा पदार्थ परिभाषित किया जाता है जिसमें इलेक्ट्रिक क्षेत्र के लागू होने पर विद्युत धारा ले जाने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉन या आयन होते हैं। एक पदार्थ की विद्युत चालकता को चालकता कहा जाता है। चालक का विपरीत एक अचालक है, जिसमें बहुत कम या कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन या आयन नहीं होते हैं और इसमें विद्युत धारा का प्रवाह नहीं होता है।
एक पदार्थ की चालकता कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे उसकी परमाणु संरचना, तापमान, विकारक और बाहरी प्रभाव। आमतौर पर, धातुओं में उच्च चालकता होती है क्योंकि उनके बाहरी कोश में कई मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं जो एक परमाणु से दूसरे परमाणु तक आसानी से गति कर सकते हैं। अच्छे चालकों के कुछ उदाहरण हैं चांदी, तांबा, सोना, एल्यूमिनियम, लोहा और ग्राफाइट। गैर-धातुओं में कम चालकता होती है क्योंकि उनके बाहरी कोश में कम या कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं और वे उन्हें मजबूती से पकड़े रहते हैं। अचालकों के कुछ उदाहरण हैं रबर, काँच, लकड़ी, प्लास्टिक और हवा।
कुछ पदार्थों की चालक और अचालक के बीच मध्यम चालकता होती है। इन्हें अर्धचालक कहा जाता है और इनका व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स और कंप्यूटर तकनीक में उपयोग किया जाता है। अर्धचालकों के कुछ उदाहरण हैं सिलिकॉन, जर्मनियम, गैलियम आर्सेनाइड, और कार्बन नैनोट्यूब।
विद्युत संचालकों के गुण
विद्युत संचालक तब जब वे संतुलन स्थिति में होते हैं, कुछ सामान्य गुण प्रदर्शित करते हैं। ये गुण हैं:
प्रतिरोध: प्रतिरोध वह माप है जो विद्युत धारा के प्रवाह को विरोध करने की एक चालक की क्षमता को दर्शाता है। यह पदार्थ की प्रतिरोधकता, लंबाई, पार्श्वीय क्षेत्र और तापमान पर निर्भर करता है। प्रतिरोधकता एक पदार्थ की अंतर्निहित गुण है जो इसके प्रतिरोध को इकाई लंबाई और क्षेत्र के अनुसार निर्धारित करता है। यह चालकता के व्युत्क्रमानुपाती है। चालकों में कम प्रतिरोधकता और कम प्रतिरोध होता है, जबकि अचालकों में उच्च प्रतिरोधकता और उच्च प्रतिरोध होता है। प्रतिरोध के कारण विद्युत ऊर्जा का कुछ भाग एक चालक में गर्मी ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। इसे जूल गर्मी या ओह्मिक गर्मी कहा जाता है।
आवेशन: आवेशन वह माप है जो विद्युत धारा के प्रवाह में परिवर्तन का विरोध करने की एक चालक की क्षमता को दर्शाता है। यह चालक के आकार, आकार, दिशा और व्यवस्था पर निर्भर करता है। आवेशन एक चालक के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करता है जब विद्युत धारा इसके माध्यम से प्रवाहित होती है। यह चुंबकीय क्षेत्र उसी या निकटवर्ती चालकों में विद्युत निर्माण बल (EMF) को प्रेरित कर सकता है जो धारा के परिवर्तन का विरोध करता है। इसे क्रमशः स्व-आवेशन या पारस्परिक आवेशन कहा जाता है। आवेशन धारा के वितरण और वोल्टेज गिरावट पर प्रभाव डालता है जब इसे प्रत्यावर्ती धारा (AC) आपूर्ति के लिए उपयोग किया जाता है।
चालक के अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य है: एक पूर्ण चालक के अंदर विद्युत क्षेत्र शून्य होता है क्योंकि कोई विद्युत क्षेत्र मुक्त इलेक्ट्रॉनों पर बल लगाएगा और उन्हें तब तक त्वरित करेगा जब तक वे संतुलन में नहीं पहुंच जाते। संतुलन स्थिति में, मुक्त इलेक्ट्रॉनों पर शून्य बल होता है, और वे नहीं गति करते हैं। यह अर्थ है कि चालक के अंदर कोई विभवांतर नहीं होता, और सभी बिंदु समान विभव पर होते हैं। यह गुण विद्युत उपकरणों के इलेक्ट्रोस्टैटिक शील्डिंग के लिए चालकों को उपयुक्त बनाता है।
चालक के अंदर आवेश घनत्व शून्य है: एक पूर्ण चालक के अंदर आवेश घनत्व शून्य होता है क्योंकि कोई आवेश विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करेगा जो उसी आवेश (इलेक्ट्रॉन) को चालक की सतह पर धकेल देगा। समान आवेशों (इलेक्ट्रॉन) के बीच एक दूसरे को धकेलने वाली विद्युत स्थैतिक घटना इन्हें चालक की बाहरी सतह पर धकेल देती है, जहां वे एक दूसरे से जितना दूर हो सकें उतना दूर होते हैं। यह अर्थ है कि चालक के अंदर कोई आवेश नहीं होता, और केवल बाहरी सतह पर मुक्त आवेश होता है।
केवल चालक की सतह पर मुक्त आवेश होता है: जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, मुक्त आवेश (इलेक्ट्रॉन) चालक के अंदर नहीं बल्कि इलेक्ट्रॉनिक घटना के कारण इसकी सतह पर मौजूद होता है। सतह पर मुक्त आवेश की मात्रा और वितरण चालक के आकार और आकार और बाहरी विद्युत क्षेत्र पर निर्भर करता है जो इसे लागू किया जाता है।
चालक की सतह पर विद्युत क्षेत्र सतह के लंबवत होता है: एक पूर्ण चालक की सतह पर विद्युत क्षेत्र सतह के लंबवत (लंबवत) होता है क्योंकि कोई स्पर्शरेखीय घटक मुक्त इलेक्ट्रॉनों को सतह पर गति करने का कारण बनेगा जब तक वे स्पर्शरेखीय घटक को रद्द नहीं कर देते हैं। यह अर्थ है कि सतह पर विद्युत क्षेत्र का कोई समानांतर घटक नहीं होता, और केवल एक लंबवत घटक मौजूद होता है।
