विद्युत धारा क्या है सरल शब्दों में

यदि किसी माध्यम (जैसे धातु में इलेक्ट्रॉन) में मुक्त आवेश वाहक होते हैं, तो वे विराम में नहीं होते बल्कि अव्यवस्थित रूप से गति करते हैं। लेकिन इलेक्ट्रॉनों को एक निश्चित दिशा में क्रमबद्ध तरीके से चलाना संभव है। आवेशित कणों की ऐसी दिशात्मक गति विद्युत धारा कहलाती है।

विद्युत धारा कैसे उत्पन्न होती है

यदि आप दो कंडक्टर लेते हैं, और उनमें से एक नकारात्मक चार्ज है (इसमें इलेक्ट्रॉनों को जोड़ना) और दूसरा सकारात्मक चार्ज है (इसके कुछ इलेक्ट्रॉनों को हटाकर), एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होगा। यदि आप दोनों इलेक्ट्रोडों को एक कंडक्टर से जोड़ते हैं, तो क्षेत्र विद्युत बल वेक्टर की दिशा के अनुसार, विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर की दिशा के विपरीत इलेक्ट्रॉनों को गति देगा। ऋणात्मक रूप से आवेशित कण इलेक्ट्रोड से, जहां वे अधिक हैं, इलेक्ट्रोड से चले जाएंगे, जहां वे कमी में हैं।

इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करने के लिए दूसरे इलेक्ट्रोड को सकारात्मक चार्ज देना आवश्यक नहीं है। मुख्य बात यह है कि पहले इलेक्ट्रोड का ऋणात्मक आवेश अधिक होना चाहिए। दोनों कंडक्टरों को नकारात्मक रूप से चार्ज करना भी संभव है, लेकिन एक कंडक्टर के पास दूसरे से अधिक चार्ज होना चाहिए।इस मामले में, हम एक संभावित अंतर की बात करते हैं, जो विद्युत प्रवाह का कारण बनता है।

जल सादृश्य के समान - यदि आप पानी से भरे दो जहाजों को अलग-अलग स्तरों से जोड़ते हैं, तो पानी का प्रवाह होगा। इसका सिर स्तरों में अंतर पर निर्भर करेगा।

दिलचस्प बात यह है कि विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों की अराजक गति आम तौर पर संरक्षित होती है, लेकिन आवेश वाहकों के द्रव्यमान का समग्र गति वेक्टर दिशात्मक हो जाता है। जबकि गति के "अराजक" घटक में कई दसियों या सैकड़ों किलोमीटर प्रति सेकंड की गति होती है, निर्देशित घटक की गति कई मिलीमीटर प्रति मिनट होती है। लेकिन प्रभाव (जब कंडक्टर की लंबाई के साथ इलेक्ट्रॉन गति में आते हैं) प्रकाश की गति से फैलता है, इसलिए विद्युत प्रवाह को 3*10 की गति से चलने के लिए कहा जाता है।⁸ मी/सेक.

उपरोक्त प्रयोग में, कंडक्टर में करंट थोड़े समय के लिए मौजूद रहेगा, जब तक कि ऋणात्मक आवेश वाले कंडक्टर में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन नहीं निकल जाते, और दोनों ध्रुवों पर उनकी संख्या संतुलित हो जाती है। यह समय छोटा है, एक सेकंड का एक छोटा सा अंश।

शुरू में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड पर वापस जाने और वाहकों को अतिरिक्त चार्ज बनाने की अनुमति उसी विद्युत क्षेत्र द्वारा नहीं दी जाती है जो इलेक्ट्रॉनों को माइनस से प्लस में ले जाती है। इसलिए, विद्युत क्षेत्र के बल के विरुद्ध और उससे श्रेष्ठ कार्य करने वाला एक तृतीय-पक्ष बल होना चाहिए। पानी के सादृश्य में, पानी का एक निरंतर प्रवाह बनाने के लिए पानी को वापस शीर्ष स्तर तक पंप करने वाला एक पंप होना चाहिए।

धारा की दिशा

करंट की दिशा को प्लस से माइनस की ओर लिया जाता है, यानी धनावेशित कणों की दिशा इलेक्ट्रॉनों की गति के विपरीत होती है। यह इस तथ्य के कारण है कि विद्युत प्रवाह की घटना को इसकी प्रकृति की व्याख्या की तुलना में बहुत पहले खोजा गया था, और यह माना जाता था कि वर्तमान इस दिशा में जाता है।उस समय तक, इस विषय पर बड़ी संख्या में लेख और अन्य साहित्य जमा हो चुके थे, अवधारणाएँ, परिभाषाएँ और कानून सामने आ चुके थे। पहले से प्रकाशित सामग्री की भारी मात्रा को संशोधित न करने के लिए, हमने केवल इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के विरुद्ध धारा की दिशा ली।

यदि कोई धारा हर समय एक ही दिशा में (ताकत में परिवर्तन भी) प्रवाहित होती है, तो इसे कहते हैं सतत प्रवाह. यदि इसकी दिशा बदलती है, तो हम प्रत्यावर्ती धारा की बात कर रहे हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, कुछ कानून के अनुसार दिशा बदल जाती है, जैसे कि साइन वेव। यदि वर्तमान प्रवाह की दिशा अपरिवर्तित रहती है, लेकिन यह समय-समय पर शून्य हो जाती है और इसके अधिकतम मूल्य तक बढ़ जाती है, तो हम एक स्पंदित धारा (विभिन्न रूपों के) के बारे में बात कर रहे हैं।

सर्किट में विद्युत प्रवाह बनाए रखने के लिए आवश्यक शर्तें

एक बंद सर्किट में विद्युत प्रवाह के अस्तित्व के लिए तीन शर्तें ऊपर ली गई थीं। उन पर अधिक विस्तार से विचार किया जाना चाहिए।

मुफ़्त चार्ज वाहक

विद्युत प्रवाह के अस्तित्व के लिए पहली आवश्यक शर्त मुक्त आवेश वाहकों की उपस्थिति है। चार्ज उनके वाहक से अलग नहीं होते हैं, इसलिए हमें उन कणों पर विचार करना चाहिए जो चार्ज ले सकते हैं।

धातुओं और अन्य पदार्थों में समान प्रकार की चालकता (ग्रेफाइट, आदि) के साथ ये मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं। वे नाभिक के साथ कमजोर रूप से बातचीत करते हैं, और परमाणु को छोड़ सकते हैं और कंडक्टर के भीतर अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकते हैं।

इसके अलावा, मुक्त इलेक्ट्रॉन अर्धचालकों में आवेश वाहक के रूप में कार्य करते हैं, लेकिन कुछ मामलों में हम ठोस के इस वर्ग की "छेद" चालकता की बात करते हैं ("इलेक्ट्रॉनिक" के विपरीत)। यह अवधारणा केवल भौतिक प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए आवश्यक है; वास्तव में, अर्धचालकों में धारा इलेक्ट्रॉनों की समान गति होती है। वे पदार्थ जिनमें इलेक्ट्रॉन परमाणु नहीं छोड़ सकते हैं पारद्युतिक. उनमें कोई करंट उत्पन्न नहीं होता है।

द्रवों में धनात्मक तथा ऋणात्मक आयन आवेश धारण करते हैं। यहां हमारा मतलब ऐसे तरल पदार्थ से है जो इलेक्ट्रोलाइट्स हैं।उदाहरण के लिए, पानी जिसमें नमक घुल जाता है। पानी स्वयं विद्युत रूप से काफी तटस्थ है, लेकिन ठोस और तरल पदार्थ घुल जाते हैं और इसके संपर्क में आने पर सकारात्मक और नकारात्मक आयन बनाते हैं। और पिघली हुई धातुओं (जैसे, पारा) में, वही इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक होते हैं।

गैसें मूलतः परावैद्युत हैं। उनमें कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं - गैसों में तटस्थ परमाणु और अणु होते हैं। लेकिन अगर गैस को आयनित किया जाता है, तो हम पदार्थ की चौथी समग्र अवस्था - प्लाज्मा की बात करते हैं। उसमें भी विद्युत धारा प्रवाहित हो सकती है; यह इलेक्ट्रॉनों और आयनों के निर्देशित आंदोलन से उत्पन्न होता है।

धारा निर्वात में भी प्रवाहित हो सकती है (यही वह सिद्धांत है जिस पर जैसे इलेक्ट्रॉन ट्यूब आधारित होते हैं)। इसके लिए इलेक्ट्रॉनों या आयनों की आवश्यकता होती है।

विद्युत क्षेत्र

फ्री चार्ज कैरियर्स की उपस्थिति के बावजूद, अधिकांश मीडिया विद्युत रूप से तटस्थ हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि ऋणात्मक (इलेक्ट्रॉन) और धनात्मक (प्रोटॉन) कण समान रूप से दूरी पर हैं और उनके क्षेत्र एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। किसी क्षेत्र के उत्पन्न होने के लिए, शुल्कों को एक क्षेत्र में केंद्रित होना चाहिए। यदि इलेक्ट्रॉनों को एक (नकारात्मक) इलेक्ट्रोड के क्षेत्र में केंद्रित किया जाता है, तो विपरीत (सकारात्मक) इलेक्ट्रोड में उनकी कमी होगी, और एक क्षेत्र उत्पन्न होगा, चार्ज वाहक पर अभिनय करने वाला बल और उन्हें स्थानांतरित कर देगा।

चार्ज वाहकों के लिए तृतीय-पक्ष बल

और तीसरी शर्त यह है कि एक ऐसा बल होना चाहिए जो आवेशों को इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की दिशा के विपरीत दिशा में ले जाए, अन्यथा बंद सिस्टम के अंदर के चार्ज जल्दी से संतुलित हो जाएंगे। इस बाह्य बल को विद्युत वाहक बल कहते हैं। इसकी उत्पत्ति भिन्न हो सकती है।

विद्युत रासायनिक प्रकृति

इस मामले में, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप ईएमएफ उत्पन्न होता है। प्रतिक्रियाएं अपरिवर्तनीय हो सकती हैं। एक उदाहरण गैल्वेनिक सेल, प्रसिद्ध बैटरी है। अभिकर्मकों के समाप्त होने के बाद, EMF घटकर शून्य हो जाता है, और बैटरी "बंद" हो जाती है।

अन्य मामलों में प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हो सकती हैं।उदाहरण के लिए, एक बैटरी में, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप EMF भी उत्पन्न होता है। लेकिन उनके पूरा होने पर प्रक्रिया फिर से शुरू की जा सकती है - बाहरी विद्युत प्रवाह की क्रिया के तहत प्रतिक्रियाएं विपरीत क्रम में जाएंगी, और बैटरी फिर से चालू करने के लिए तैयार हो जाएगी।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रकृति

इस मामले में, ईएमएफ अर्धचालक संरचनाओं में प्रक्रियाओं पर दृश्यमान, पराबैंगनी या अवरक्त विकिरण के प्रभाव के कारण होता है। इस तरह के बल फोटोकल्स ("सौर सेल") में उत्पन्न होते हैं। बाहरी परिपथ में प्रकाश की क्रिया से विद्युत धारा उत्पन्न होती है।

थर्मोइलेक्ट्रिक प्रकृति

यदि आप दो असमान कंडक्टर लेते हैं, उन्हें एक साथ मिलाते हैं और जंक्शन बिंदु को गर्म करते हैं, तो सर्किट में गर्म जंक्शन (कंडक्टरों के जंक्शन बिंदु) और ठंडे जंक्शन के बीच तापमान अंतर के कारण एक ईएमएफ उत्पन्न होगा - विपरीत छोर संवाहक। इस तरह आप न केवल करंट उत्पन्न कर सकते हैं बल्कि तापमान को मापें उत्पन्न होने वाले ईएमएफ को मापने के द्वारा।

पीजोइलेक्ट्रिक प्रकृति।

तब होता है जब कुछ ठोस निचोड़ा या विकृत किया जाता है। इलेक्ट्रिक लाइटर इसी सिद्धांत पर काम करता है।

विद्युत चुम्बकीय प्रकृति।

औद्योगिक रूप से बिजली का उत्पादन करने का सबसे आम तरीका डीसी या एसी जनरेटर है। एक डीसी मशीन में, एक फ्रेम के आकार का आर्मेचर एक चुंबकीय क्षेत्र में घूमता है, इसके बल की रेखाओं को पार करता है। यह एक ईएमएफ को जन्म देता है, जो रोटर की गति और चुंबकीय प्रवाह पर निर्भर करता है। व्यवहार में, श्रृंखला में जुड़े कई फ्रेम बनाने वाली बड़ी संख्या में कॉइल्स के आर्मेचर का उपयोग किया जाता है। उनमें उत्पन्न होने वाले EMF को एक साथ जोड़ दिया जाता है।

मैं आवर्तित्र उसी सिद्धांत का उपयोग किया जाता है लेकिन एक चुंबक (विद्युत या स्थायी) एक स्थिर फ्रेम के अंदर घूमता है। इसी प्रक्रिया के परिणामस्वरूप स्टेटर में EMF भी होता है। ईएमएफजिसमें एक साइनसॉइडल आकार होता है। औद्योगिक पैमाने पर प्रत्यावर्ती धारा की पीढ़ी लगभग हमेशा उपयोग की जाती है - इसे परिवहन और व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए परिवर्तित करना आसान होता है।

एक अल्टरनेटर की एक दिलचस्प संपत्ति उत्क्रमणीयता है। यह इस तथ्य में शामिल है कि यदि आप किसी तृतीय-पक्ष स्रोत से जनरेटर टर्मिनलों पर वोल्टेज लागू करते हैं, तो इसका रोटर घूमना शुरू हो जाएगा। इसका मतलब है कि कनेक्शन योजना के आधार पर, एक इलेक्ट्रिक मशीन या तो जनरेटर या इलेक्ट्रिक मोटर हो सकती है।

ये विद्युत प्रवाह की घटना की मूल अवधारणाएँ हैं। वास्तव में, दिशात्मक इलेक्ट्रॉनों के चलने पर होने वाली प्रक्रियाएँ बहुत अधिक जटिल होती हैं। उन्हें समझने के लिए इलेक्ट्रोडायनामिक्स के गहन अध्ययन की आवश्यकता होगी।

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