कंडक्टर और इंसुलेटर: वे क्या हैं और वे महत्वपूर्ण क्यों हैं? (डब्ल्यू / चार्ट)

इलेक्ट्रिक सर्किट को समझने के लिए और कैसे मनुष्य अपने घरों में रोशनी से लेकर इलेक्ट्रिक ट्रेनों तक (और, अधिक से अधिक समय के साथ, इलेक्ट्रिक कारें) जो उन्हें काम देती हैं, आपको पहले यह समझना चाहिए कि विद्युत प्रवाह क्या है और वर्तमान को क्या अनुमति देता है बहे।

विद्युत प्रवाह गतिमान इलेक्ट्रॉनों का परिणाम है, जो लगभग द्रव्यमान रहित उप-परमाणु कण होते हैं जो एक बहुत ही छोटे ऋणात्मक आवेश को वहन करते हैं। जब आप बिजली के तारों या अपने टेलीविजन के माध्यम से "रस" (जैसा कि बिजली को अक्सर कहा जाता है) "बहने" के बारे में सुनते हैं, तो यह एक सर्किट में तारों के माध्यम से इलेक्ट्रॉन प्रवाह को संदर्भित करता है। धातु के तारों को विशेष रूप से बिजली ले जाने के लिए चुना जाता है क्योंकि उनके पास तुलनात्मक रूप से कम होता हैविद्युतीय प्रतिरोध​.

इलेक्ट्रॉन धाराओं के लिए एक माध्यम के रूप में काम करने में सक्षम हैं, क्योंकि कुछ हद तक धूमकेतु जैसे विशाल दूरी पर सूर्य की परिक्रमा करते हैं, वे परमाणु नाभिक के बाहर मौजूद होते हैं जहां प्रोटॉन और न्यूट्रॉन "जीवित" होते हैं और परमाणु कणों की तुलना में काफी कम विशाल होते हैं (और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन अपने आप में बहुत हल्के होते हैं सही)।

विभिन्न तत्वों के परमाणु द्रव्यमान, कणों की संख्या और अन्य अंतर्निहित तरीकों में भिन्न होते हैं, और अद्वितीय प्रत्येक परमाणु का विन्यास निर्धारित करता है कि यह एक अच्छा चालक है, एक खराब कंडक्टर (यानी, एक इन्सुलेटर) या कुछ और है के बीच में।

विद्युत प्रवाह (द्वारा दर्शाया गयामैंऔर में मापा जाता हैएम्पीयरया ए) का प्रवाह हैआवेश(द्वारा चिह्नितक्यूऔर में मापा जाता हैकूलंबया सी) तांबे के तार जैसे एक संवाहक माध्यम के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के रूप में। के प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन गति करते हैंविद्युत क्षमता (वोल्टेज) अंतरतार के साथ बिंदुओं के बीच, अनुभवप्रतिरोध(द्वारा प्रस्तुतआरऔर में मापा जाता हैओमया ).

• इस सभी भौतिकी को बड़े करीने से कैद किया गया हैओम कानून​:

परंपरा के अनुसार, किसी धनात्मक टर्मिनल या आवेश के पास रखे गए धनात्मक आवेश में उससे अधिक दूर के बिंदुओं की तुलना में अधिक विद्युत क्षमता होती है, बाकी सब समान। वोल्ट में जूल प्रति कूलम्ब या J/C की इकाइयाँ होती हैं, जो प्रति चार्ज ऊर्जा है। यह समझ में आता है, क्योंकि आवेशों पर वोल्टेज का प्रभाव द्रव्यमान पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के समान होता है।

जबकि किसी भी बिंदु को शून्य वोल्टेज या गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा बिंदु के रूप में चुना जा सकता है, एक दिया गया द्रव्यमान हमेशा गुरुत्वाकर्षण खो देता है स्थितिज ऊर्जा के रूप में इसे पृथ्वी के केंद्र के करीब ले जाया जाता है, और एक सकारात्मक चार्ज हमेशा विद्युत संभावित ऊर्जा खो देता है (जो हो सकता है लिखा हुआत्वरित अनुमानों) क्योंकि यह स्रोत धनात्मक आवेश से आगे बढ़ता है।

आपको जो प्रस्तुत किया गया है उसे देखते हुए, आप पहले ही महसूस कर चुके होंगे कि इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशा में प्रवाहित होते हैं सकारात्मक चार्ज, और इसलिए वे वर्तमान तत्वों के रूप में बहने के दौरान विद्युत क्षमता खो देते हैं।

यह एक पियानो के समान है जो आकाश से गिरता है और पृथ्वी पर बंद होने पर गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा खो देता है (ऊर्जा जो बढ़ती गतिज ऊर्जा के रूप में संरक्षित है) और हवा के कारण घर्षण (ऊष्मा) ऊर्जा हानि losses प्रतिरोध।

जैसा कि आप कल्पना करते हैं कि एक तार में करंट बढ़ रहा है, कल्पना करें कि किसी दिए गए बिंदु से गुजरने वाले इलेक्ट्रॉनों की संख्या भी बढ़ रही है, उसी के साथ करंट कम हो जाता है।

• एक इलेक्ट्रॉन पर आवेश होता है -1.60 × 10^-19 सी, जबकि एक प्रोटॉन पर +1.60 × 10. होता है^-19 सी। इसका मतलब है कि यह (1/1.60 × 10 .) लेता है^-19) = 6.25 × 10¹⁸ (६ क्विंटल) प्रोटॉन केवल १.० C आवेश बनाने के लिए।

किसी पदार्थ के माध्यम से इलेक्ट्रॉन कितनी आसानी से आगे बढ़ सकते हैं यह उस सामग्री पर निर्भर करता हैप्रवाहकत्त्व. चालकता, जिसे आमतौर पर σ (ग्रीक अक्षर सिग्मा) द्वारा निरूपित किया जाता है, पदार्थ की एक संपत्ति है जो उस पदार्थ की कुछ आंतरिक विशेषताओं पर निर्भर करती है, जिनमें से कुछ को पहले छुआ गया था।

सबसे महत्वपूर्ण की अवधारणा हैमुक्त इलेक्ट्रॉन, या एक परमाणु से संबंधित इलेक्ट्रॉन जो स्वतंत्र रूप से नाभिक से दूर "घूमने" में सक्षम होते हैं। (ध्यान रखें कि परमाणु शब्दों में "दूर" का अर्थ अभी भी सामान्य मानकों से अविश्वसनीय रूप से कम दूरी है।) किसी भी परमाणु में सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉनों को कहा जाता हैवालेन्स इलेक्ट्रॉनों, और जब उनमें से केवल एक होता है, जैसे तांबे के साथ, इलेक्ट्रॉन "स्वतंत्रता" के लिए आदर्श स्थिति स्थापित होती है।

बिजली के अच्छे कंडक्टर करंट को लगभग बिना रुके बहने देते हैं, जबकि स्पेक्ट्रम के दूसरे छोर पर अच्छे इंसुलेटर इस प्रवाह का विरोध करते हैं। अधिकांश रोज़मर्रा की अधातु सामग्री अच्छे इंसुलेटर हैं; यदि वे नहीं होते, तो आप सामान्य वस्तुओं को छूने के बाद लगातार बिजली के झटके का अनुभव करते।

कोई विशेष सामग्री कितनी अच्छी तरह आचरण करती है यह उसकी संरचना और आणविक संरचना पर निर्भर करता है। सामान्य तौर पर, धातु के तार सापेक्ष आसानी से बिजली का संचालन करते हैं क्योंकि उनके बाहरी इलेक्ट्रॉन अपने जुड़े परमाणुओं से कम कसकर बंधे होते हैं और इसलिए अधिक स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकते हैं। आप संसाधनों में से एक जैसे तत्वों की आवर्त सारणी से परामर्श करके पहचान सकते हैं कि कौन सी सामग्री धातु है।

• कंक्रीट, हालांकि धातुओं की तुलना में बहुत कम प्रवाहकीय पदार्थ, फिर भी संतुलन पर एक कंडक्टर माना जाता है। यह महत्वपूर्ण है कि दुनिया के शहरों के एक हिस्से में कंक्रीट कितना अधिक है!

• कथन पर विचार करें "अधिकांश संवाहक सामग्री के अलग-अलग तापमान पर अलग-अलग प्रतिरोध होते हैं।" यह सही है या गलत? अपना जवाब समझाएं।

दिन-प्रतिदिन के जीवन में प्रवाहकीय सामग्रियों की तुलना में अधिक इन्सुलेट सामग्री होती है, जो समझ में आता है हर रोज खतरे के गंभीर स्तर को दूर करने के लिए सामग्री को इन्सुलेट करने के लिए सख्त आवश्यकताएं प्रक्रियाएं। रबड़, लकड़ी और प्लास्टिक दोनों सर्वव्यापी और बहुत उपयोगी इंसुलेटर हैं; व्यावहारिक रूप से हर कोई एक्सटेंशन डोरियों के आसपास की विशेषता नारंगी ट्यूबिंग को पहचानना सीखता है।

बिजली के उपकरणों और पानी के मिश्रण के ज्ञात खतरों को देखते हुए, अधिकांश लोगों को यह जानकर आश्चर्य होता है कि शुद्ध पानी एक इन्सुलेटर है। पानी जिसमें वास्तव में बिना अशुद्धियों के हाइड्रोजन और ऑक्सीजन होते हैं, दुर्लभ है, और केवल एक प्रयोगशाला सेटिंग में आसवन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। "सामान्य" पानी को वास्तविक चालक बनने की अनुमति देने के लिए रोज़ाना पानी में अक्सर पर्याप्त संख्या में आयन (आवेशित अणु) होते हैं।

इंसुलेटर, जैसा कि आप भविष्यवाणी करेंगे, में ऐसी सामग्री होती है जिनके तत्वों में वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं जो धातुओं की तुलना में नाभिक से कहीं अधिक कसकर बंधे होते हैं।

​प्रतिरोधकताइलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के लिए सामग्री के प्रतिरोध का एक उपाय है। ओम-एम (Ωm) में मापा जाता है, यह चालकता का वैचारिक विपरीत और गणितीय प्रतिलोम है। इसे आमतौर पर (rho) द्वारा दर्शाया जाता है, इसलिए = 1/σ। ध्यान दें कि प्रतिरोधकता प्रतिरोध से अलग है, जो ज्ञात प्रतिरोध मूल्यों के साथ सर्किट में प्रतिरोधों के प्लेसमेंट को भौतिक रूप से जोड़कर निर्धारित किया जाता है (या किया जा सकता है)।

एक तार में प्रतिरोधकता और प्रतिरोध समीकरण द्वारा संबंधित हैं:

कहां हैआरऔर प्रतिरोध और प्रतिरोधकता हैं औरलीतथाएतार की लंबाई और अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है। इंसुलेटर में 10 values ​​के क्रम पर प्रतिरोधकता मान होते हैं¹⁶ m, जबकि धातुएं 10. की सीमा में चेक इन करती हैं^-8मैं कमरे के तापमान पर, सभी सामग्रियों में प्रतिरोध की कुछ मापनीय डिग्री होती है, लेकिन कंडक्टरों में प्रतिरोध की मात्रा कम होती है।

• अधिकांश सामग्रियों का प्रतिरोध तापमान पर निर्भर है; अक्सर, ठंडे तापमान पर, प्रतिरोध कम हो जाता है।

कुछ सामग्री पर्याप्त रूप से कम तापमान पर 0 प्रतिरोध की स्थिति प्राप्त करती है। इन्हें कहा जाता हैअतिचालक. दुर्भाग्य से, अतिचालकता के लिए आवश्यक तापमान प्राप्त करना - जिसके परिणामस्वरूप लगभग अगणनीय वैश्विक ऊर्जा बचत होगी यदि इसे दुनिया भर में मौजूदा तकनीक में प्रचारित किया जा सकता है - प्रयोगशाला में 21 वीं सदी की शुरुआत में निषेधात्मक रूप से कम प्राप्य है समायोजन।