જો કોઈપણ માધ્યમમાં ફ્રી ચાર્જ કેરિયર્સ હોય (દા.ત. ધાતુમાં ઈલેક્ટ્રોન), તો તેઓ આરામ કરતા નથી પરંતુ અસ્તવ્યસ્ત રીતે આગળ વધે છે. પરંતુ આપેલ દિશામાં ઇલેક્ટ્રોનને વ્યવસ્થિત રીતે ખસેડવાનું શક્ય છે. ચાર્જ થયેલ કણોની આવી દિશાત્મક ગતિને વિદ્યુત પ્રવાહ કહેવામાં આવે છે.
સામગ્રી
ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ કેવી રીતે ઉત્પન્ન થાય છે
જો તમે બે વાહક લો, અને તેમાંથી એક નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ હોય (તેમાં ઇલેક્ટ્રોન ઉમેરીને) અને બીજો હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ હોય (તેના કેટલાક ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરે છે), તો ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ઉદભવશે. જો તમે બંને ઇલેક્ટ્રોડને કંડક્ટર સાથે જોડો છો, તો ફિલ્ડ ઇલેક્ટ્રિક ફોર્સ વેક્ટરની દિશા અનુસાર, ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ સ્ટ્રેન્થ વેક્ટરની દિશાની વિરુદ્ધ દિશામાં ઇલેક્ટ્રોનને ખસેડશે. નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરાયેલા કણો ઇલેક્ટ્રોડમાંથી, જ્યાં તેઓ વધારે છે, ઇલેક્ટ્રોડ તરફ જશે, જ્યાં તેમની ઉણપ છે.
ઇલેક્ટ્રોન ખસેડવા માટે બીજા ઇલેક્ટ્રોડને હકારાત્મક ચાર્જ આપવો જરૂરી નથી. મુખ્ય વસ્તુ એ છે કે પ્રથમ ઇલેક્ટ્રોડનો નકારાત્મક ચાર્જ વધારે હોવો જોઈએ. બંને વાહકને નકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરવાનું પણ શક્ય છે, પરંતુ એક કંડક્ટર પાસે બીજા કરતા વધારે ચાર્જ હોવો જોઈએ.આ કિસ્સામાં, અમે સંભવિત તફાવત વિશે વાત કરીએ છીએ, જે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું કારણ બને છે.
પાણીની સામ્યતા જેવી જ - જો તમે પાણીથી ભરેલા બે જહાજોને જુદા જુદા સ્તરો સાથે જોડો છો, તો ત્યાં પાણીનો પ્રવાહ હશે. તેનું માથું સ્તરના તફાવત પર નિર્ભર રહેશે.
રસપ્રદ રીતે, ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડના પ્રભાવ હેઠળ ઇલેક્ટ્રોનની અસ્તવ્યસ્ત ગતિ સામાન્ય રીતે સાચવવામાં આવે છે, પરંતુ ચાર્જ કેરિયર્સના સમૂહનો એકંદર ગતિ વેક્ટર દિશાત્મક બને છે. જ્યારે ગતિના "અસ્તવ્યસ્ત" ઘટકની ઝડપ સેકન્ડ દીઠ કેટલાક દસ અથવા તો સેંકડો કિલોમીટર હોય છે, ત્યારે નિર્દેશિત ઘટકની ગતિ કેટલાક મિલીમીટર પ્રતિ મિનિટ હોય છે. પરંતુ અસર (જ્યારે વાહકની લંબાઈ સાથેના ઈલેક્ટ્રોન ગતિમાં આવે છે) પ્રકાશની ઝડપે પ્રચાર કરે છે, તેથી વિદ્યુત પ્રવાહ 3*10 ની ઝડપે આગળ વધે છે.8 m/sec.
ઉપરોક્ત પ્રયોગમાં, વાહકમાં વર્તમાન ટૂંકા સમય માટે અસ્તિત્વમાં રહેશે, જ્યાં સુધી નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ વાહક વધારાના ઈલેક્ટ્રોનમાંથી બહાર નીકળી ન જાય અને બંને ધ્રુવો પર તેમની સંખ્યા સંતુલિત ન થાય. આ સમય ટૂંકો છે, સેકન્ડનો એક નાનો અપૂર્ણાંક.
શરૂઆતમાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઇલેક્ટ્રોડ પર પાછા ફરવું અને વાહકોને વધારાનો ચાર્જ બનાવવાની મંજૂરી એ જ ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા આપવામાં આવતી નથી જેણે ઇલેક્ટ્રોનને માઇનસથી પ્લસમાં ખસેડ્યા હતા. તેથી, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના બળની વિરુદ્ધ અને શ્રેષ્ઠ કાર્ય કરતું તૃતીય-પક્ષ બળ હોવું આવશ્યક છે. પાણીની સામ્યતામાં, પાણીનો સતત પ્રવાહ બનાવવા માટે પાણીને ઉપરના સ્તર સુધી પંપીંગ કરતો પંપ હોવો જોઈએ.
વર્તમાનની દિશા
વિદ્યુતપ્રવાહની દિશા વત્તાથી માઈનસ સુધી લેવામાં આવે છે, એટલે કે, ધન ચાર્જ થયેલા કણોની દિશા ઈલેક્ટ્રોનની હિલચાલની વિરુદ્ધ હોય છે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે વિદ્યુત પ્રવાહની ઘટના તેની પ્રકૃતિને સમજાવવામાં આવી હતી તેના કરતાં ઘણી વહેલી શોધાઈ હતી, અને એવું માનવામાં આવતું હતું કે વર્તમાન આ દિશામાં જાય છે.તે સમય સુધીમાં, આ વિષય પર મોટી સંખ્યામાં લેખો અને અન્ય સાહિત્ય એકઠા થયા હતા, વિભાવનાઓ, વ્યાખ્યાઓ અને કાયદાઓ દેખાયા હતા. પહેલેથી જ પ્રકાશિત સામગ્રીના વિશાળ જથ્થામાં સુધારો ન કરવા માટે, અમે ફક્ત ઇલેક્ટ્રોનના પ્રવાહ સામે પ્રવાહની દિશા લીધી.
જો કોઈ પ્રવાહ સતત એક જ દિશામાં વહેતો હોય (શક્તિમાં પણ ફેરફાર થાય), તો તેને કહેવામાં આવે છે સતત પ્રવાહ. જો તેની દિશા બદલાય છે, તો અમે વૈકલ્પિક પ્રવાહ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. વ્યાવહારિક એપ્લિકેશનમાં, દિશા અમુક કાયદા અનુસાર બદલાય છે, જેમ કે સાઈન વેવ. જો વર્તમાન પ્રવાહની દિશા યથાવત રહે છે, પરંતુ તે સમયાંતરે શૂન્ય સુધી ઘટે છે અને તેના મહત્તમ મૂલ્ય સુધી વધે છે, તો અમે સ્પંદિત પ્રવાહ (વિવિધ સ્વરૂપોના) વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ.
સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ જાળવવા માટેની પૂર્વજરૂરીયાતો
બંધ સર્કિટમાં ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના અસ્તિત્વ માટેની ત્રણ શરતો ઉપર લેવામાં આવી હતી. તેમને વધુ વિગતવાર ધ્યાનમાં લેવા જોઈએ.
મફત ચાર્જ કેરિયર્સ
ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના અસ્તિત્વ માટે પ્રથમ આવશ્યક શરત એ છે કે મફત ચાર્જ કેરિયર્સની હાજરી. ચાર્જિસ તેમના વાહકોથી અલગ અસ્તિત્વમાં નથી, તેથી આપણે ચાર્જ વહન કરી શકે તેવા કણોને ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ.
સમાન પ્રકારની વાહકતા (ગ્રેફાઇટ, વગેરે) ધરાવતા ધાતુઓ અને અન્ય પદાર્થોમાં આ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન છે. તેઓ ન્યુક્લિયસ સાથે નબળી રીતે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, અને અણુ છોડી શકે છે અને વાહકની અંદર પ્રમાણમાં મુક્તપણે ખસેડી શકે છે.
ઉપરાંત, ફ્રી ઇલેક્ટ્રોન સેમિકન્ડક્ટર્સમાં ચાર્જ કેરિયર તરીકે સેવા આપે છે, પરંતુ કેટલાક કિસ્સાઓમાં આપણે આ વર્ગના ઘન પદાર્થોની "છિદ્ર" વાહકતા વિશે વાત કરીએ છીએ ("ઇલેક્ટ્રોનિક" ની વિરુદ્ધ). આ ખ્યાલ માત્ર ભૌતિક પ્રક્રિયાઓનું વર્ણન કરવા માટે જરૂરી છે; હકીકતમાં, સેમિકન્ડક્ટર્સમાં વર્તમાન એ ઇલેક્ટ્રોનની સમાન ગતિ છે. સામગ્રી કે જેમાં ઇલેક્ટ્રોન અણુ છોડી શકતા નથી ડાઇલેક્ટ્રિક્સ. તેમાં કોઈ કરંટ જનરેટ થતો નથી.
પ્રવાહીમાં, હકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનો ચાર્જ વહન કરે છે. અહીં આપણે પ્રવાહીનો અર્થ કરીએ છીએ જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ છે.ઉદાહરણ તરીકે, પાણી જેમાં મીઠું ઓગળવામાં આવે છે. પાણી પોતે વિદ્યુત રીતે તદ્દન તટસ્થ છે, પરંતુ ઘન અને પ્રવાહી જ્યારે તેના સંપર્કમાં આવે છે ત્યારે સકારાત્મક અને નકારાત્મક આયનો રચવા માટે ઓગળી જાય છે અને વિખરાઈ જાય છે (વિખરાઈ જાય છે). અને પીગળેલી ધાતુઓમાં (દા.ત., પારો), એ જ ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ કેરિયર્સ છે.
વાયુઓ મૂળભૂત રીતે ડાઇલેક્ટ્રિક છે. તેમાં કોઈ મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન નથી - વાયુઓમાં તટસ્થ અણુઓ અને પરમાણુઓ હોય છે. પરંતુ જો ગેસ આયનોઇઝ્ડ હોય, તો આપણે પદાર્થની ચોથી એકંદર સ્થિતિ - પ્લાઝ્મા વિશે વાત કરીએ છીએ. તેમાં પણ વિદ્યુત પ્રવાહ વહે છે; તે ઇલેક્ટ્રોન અને આયનોની નિર્દેશિત હિલચાલમાંથી ઉદ્ભવે છે.
શૂન્યાવકાશમાં પણ પ્રવાહ વહે છે (આ તે સિદ્ધાંત છે જેના પર દા.ત. ઇલેક્ટ્રોન ટ્યુબ આધારિત છે). આ માટે ઇલેક્ટ્રોન અથવા આયનોની જરૂર છે.
ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર
ફ્રી ચાર્જ કેરિયર્સની હાજરી હોવા છતાં, મોટાભાગના માધ્યમો ઇલેક્ટ્રિકલી ન્યુટ્રલ છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે નકારાત્મક (ઇલેક્ટ્રોન) અને હકારાત્મક (પ્રોટોન) કણો સમાનરૂપે અંતરે છે અને તેમના ક્ષેત્રો એકબીજાને રદ કરે છે. ક્ષેત્ર ઉભું થવા માટે, શુલ્ક એક વિસ્તારમાં કેન્દ્રિત હોવા જોઈએ. જો ઇલેક્ટ્રોન એક (નકારાત્મક) ઇલેક્ટ્રોડના ક્ષેત્રમાં કેન્દ્રિત હોય, તો વિરોધી (પોઝિટિવ) ઇલેક્ટ્રોડમાં તેમનો અભાવ હશે, અને એક ક્ષેત્ર ઉદભવશે, જે ચાર્જ કેરિયર્સ પર કાર્ય કરતું બળ બનાવશે અને તેમને ખસેડશે.
ચાર્જ કેરિયર્સ માટે તૃતીય-પક્ષ બળ
અને ત્રીજી શરત એ છે કે ત્યાં એક બળ હોવું જોઈએ જે ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ક્ષેત્રની દિશાની વિરુદ્ધ દિશામાં ચાર્જ વહન કરે છે, અન્યથા બંધ સિસ્ટમની અંદરના ચાર્જ ઝડપથી સંતુલિત થઈ જશે. આ બાહ્ય બળને ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ કહેવામાં આવે છે. તેનું મૂળ અલગ હોઈ શકે છે.
ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રકૃતિ
આ કિસ્સામાં, ઇએમએફ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓના કોર્સના પરિણામે ઉદભવે છે. પ્રતિક્રિયાઓ ઉલટાવી શકાય તેવું હોઈ શકે છે. એક ઉદાહરણ ગેલ્વેનિક સેલ, જાણીતી બેટરી છે. રીએજન્ટ્સ થાકી ગયા પછી, EMF શૂન્ય થઈ જાય છે, અને બેટરી "શટ ડાઉન" થાય છે.
અન્ય કિસ્સાઓમાં પ્રતિક્રિયાઓ ઉલટાવી શકાય તેવું હોઈ શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, બેટરીમાં, ઇએમએફ પણ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓના પરિણામે ઉદભવે છે. પરંતુ તેમની સમાપ્તિ પર પ્રક્રિયા ફરી શરૂ કરી શકાય છે - બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહની ક્રિયા હેઠળ પ્રતિક્રિયાઓ વિપરીત ક્રમમાં જશે, અને બેટરી ફરીથી પ્રવાહ આપવા માટે તૈયાર હશે.
ફોટોઇલેક્ટ્રિક પ્રકૃતિ
આ કિસ્સામાં, EMF સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રક્ચર્સમાં પ્રક્રિયાઓ પર દૃશ્યમાન, અલ્ટ્રાવાયોલેટ અથવા ઇન્ફ્રારેડ રેડિયેશનની અસરને કારણે થાય છે. આવા દળો ફોટોસેલ્સ ("સૌર કોષો") માં ઉદ્ભવે છે. બાહ્ય સર્કિટમાં પ્રકાશની ક્રિયા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે.
થર્મોઇલેક્ટ્રિક પ્રકૃતિ
જો તમે બે ભિન્ન વાહક લો છો, તો તેમને એકસાથે સોલ્ડર કરો અને જંકશન પોઈન્ટને ગરમ કરો, તો ગરમ જંકશન (કન્ડક્ટરના જંકશન પોઈન્ટ) અને કોલ્ડ જંકશન વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતને કારણે સર્કિટમાં ઈએમએફ ઉદભવશે - તેના વિરુદ્ધ છેડા. વાહક આ રીતે તમે માત્ર કરંટ જ નહીં પણ જનરેટ કરી શકો છો તાપમાન માપો ઉદભવતા EMF માપવા દ્વારા.
પીઝોઇલેક્ટ્રિક પ્રકૃતિ.
જ્યારે ચોક્કસ ઘન પદાર્થો સ્ક્વિઝ્ડ અથવા વિકૃત હોય ત્યારે થાય છે. ઇલેક્ટ્રિક લાઇટર આ સિદ્ધાંત પર કામ કરે છે.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રકૃતિ.
ઔદ્યોગિક રીતે વીજળી ઉત્પન્ન કરવાની સૌથી સામાન્ય રીત ડીસી અથવા એસી જનરેટર છે. ડીસી મશીનમાં, ફ્રેમ આકારનું આર્મેચર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફરે છે, તેના બળની રેખાઓ પાર કરે છે. આ EMF ને જન્મ આપે છે, જે રોટરની ગતિ અને ચુંબકીય પ્રવાહ પર આધાર રાખે છે. વ્યવહારમાં, મોટી સંખ્યામાં કોઇલના આર્મેચરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે શ્રેણીમાં જોડાયેલા ઘણા ફ્રેમ્સ બનાવે છે. તેમાં ઉદ્ભવતા EMF એકસાથે ઉમેરવામાં આવે છે.
В વૈકલ્પિક સમાન સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે પરંતુ ચુંબક (ઇલેક્ટ્રિક અથવા કાયમી) સ્થિર ફ્રેમની અંદર ફરે છે. સમાન પ્રક્રિયાઓ સ્ટેટરમાં EMF માં પરિણમે છે. EMFજે સાઇનસૉઇડલ આકાર ધરાવે છે. ઔદ્યોગિક સ્કેલ પર વૈકલ્પિક પ્રવાહની પેઢીનો લગભગ હંમેશા ઉપયોગ થાય છે - તેને પરિવહન અને વ્યવહારુ એપ્લિકેશન માટે રૂપાંતરિત કરવું સરળ છે.
વૈકલ્પિકની એક રસપ્રદ મિલકત ઉલટાવી શકાય તેવું છે. તે એ હકીકતમાં સમાવે છે કે જો તમે જનરેટર ટર્મિનલ્સ પર તૃતીય-પક્ષ સ્ત્રોતમાંથી વોલ્ટેજ લાગુ કરો છો, તો તેનું રોટર ફેરવવાનું શરૂ કરશે. આનો અર્થ એ છે કે જોડાણ યોજનાના આધારે, ઇલેક્ટ્રિક મશીન કાં તો જનરેટર અથવા ઇલેક્ટ્રિક મોટર હોઈ શકે છે.
આ માત્ર વિદ્યુત પ્રવાહની ઘટનાની મૂળભૂત વિભાવનાઓ છે. વાસ્તવમાં, જ્યારે ડાયરેક્શનલ ઇલેક્ટ્રોન ખસે છે ત્યારે થતી પ્રક્રિયાઓ વધુ જટિલ હોય છે. તેમને સમજવા માટે ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના ઊંડા અભ્યાસની જરૂર પડશે.
સંબંધિત લેખો:
