सोप्या शब्दात विद्युत प्रवाह म्हणजे काय

कोणत्याही माध्यमात (उदा. धातूतील इलेक्ट्रॉन) मोफत चार्ज वाहक असल्यास, ते विश्रांती घेत नाहीत परंतु अव्यवस्थितपणे फिरतात. परंतु इलेक्ट्रॉनला दिलेल्या दिशेने सुव्यवस्थित पद्धतीने हालचाल करणे शक्य आहे. चार्ज केलेल्या कणांच्या अशा दिशात्मक हालचालीला विद्युत प्रवाह म्हणतात.

विद्युत प्रवाह कसा तयार होतो

जर तुम्ही दोन कंडक्टर घेतले आणि त्यापैकी एक ऋण चार्ज झाला (त्यात इलेक्ट्रॉन जोडला) आणि दुसरा सकारात्मक चार्ज झाला (त्यातील काही इलेक्ट्रॉन काढून टाकला), तर विद्युत क्षेत्र निर्माण होईल. जर तुम्ही दोन्ही इलेक्ट्रोड्स कंडक्टरशी जोडले तर फील्ड इलेक्ट्रॉन्सना इलेक्ट्रिक फील्ड स्ट्रेंथ वेक्टरच्या दिशेच्या विरुद्ध दिशेने, इलेक्ट्रिक फोर्स वेक्टरच्या दिशेनुसार हलवेल. नकारात्मक चार्ज केलेले कण इलेक्ट्रोडमधून, जिथे ते जास्त आहेत, इलेक्ट्रोडकडे हलतील, जिथे त्यांची कमतरता आहे.

इलेक्ट्रॉन हलविण्यासाठी दुसऱ्या इलेक्ट्रोडला सकारात्मक चार्ज देणे आवश्यक नाही. मुख्य गोष्ट अशी आहे की पहिल्या इलेक्ट्रोडचा नकारात्मक चार्ज जास्त असावा. दोन्ही कंडक्टरला नकारात्मक चार्ज करणे देखील शक्य आहे, परंतु एका कंडक्टरला दुसर्‍यापेक्षा जास्त चार्ज असणे आवश्यक आहे.या प्रकरणात, आम्ही संभाव्य फरक बोलतो, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह होतो.

पाण्याच्या सादृश्याप्रमाणेच - जर तुम्ही पाण्याने भरलेल्या दोन पात्रांना वेगवेगळ्या पातळ्यांवर जोडले तर पाण्याचा प्रवाह असेल. त्याचे डोके स्तरांमधील फरकावर अवलंबून असेल.

विशेष म्हणजे, विद्युत क्षेत्राच्या प्रभावाखाली इलेक्ट्रॉनची अव्यवस्थित गती सामान्यतः संरक्षित केली जाते, परंतु चार्ज वाहकांच्या वस्तुमानाचा एकंदर गती वेक्टर दिशात्मक बनतो. गतीच्या "अराजक" घटकाचा वेग अनेक दहापट किंवा अगदी शेकडो किलोमीटर प्रति सेकंद असतो, तर निर्देशित घटकाचा वेग अनेक मिलिमीटर प्रति मिनिट असतो. परंतु प्रभाव (जेव्हा कंडक्टरच्या लांबीसह इलेक्ट्रॉन्स गतीमध्ये येतात) प्रकाशाच्या वेगाने प्रसारित होतात, म्हणून विद्युत प्रवाह 3*10 च्या वेगाने फिरतो असे म्हणतात.⁸ मी/सेकंद

वरील प्रयोगात, ऋणानुभारित कंडक्टरचे अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन संपेपर्यंत आणि दोन्ही ध्रुवांवर त्यांची संख्या संतुलित होईपर्यंत कंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाह थोड्या काळासाठी अस्तित्वात असेल. हा वेळ कमी आहे, सेकंदाचा एक छोटासा भाग.

सुरुवातीला नकारात्मक चार्ज केलेल्या इलेक्ट्रोडकडे परत जाणे आणि वाहकांना अतिरिक्त शुल्क तयार करणे त्याच विद्युत क्षेत्राद्वारे परवानगी नाही ज्याने इलेक्ट्रॉन्स वजा ते प्लसमध्ये हलवले. म्हणून, विद्युत क्षेत्राच्या शक्तीच्या विरुद्ध आणि श्रेष्ठ कार्य करणारे तृतीय-पक्ष बल असणे आवश्यक आहे. पाण्याच्या सादृश्यतेमध्ये, पाण्याचा सतत प्रवाह तयार करण्यासाठी वरच्या पातळीपर्यंत पाणी उपसणारा पंप असणे आवश्यक आहे.

विद्युत् प्रवाहाची दिशा

विद्युत् प्रवाहाची दिशा अधिक ते उणे अशी घेतली जाते, म्हणजेच सकारात्मक चार्ज केलेल्या कणांची दिशा इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीच्या विरुद्ध असते. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की विद्युत प्रवाहाची घटना त्याच्या स्वरूपाच्या स्पष्टीकरणापेक्षा खूप आधी शोधली गेली होती आणि असे मानले जात होते की विद्युत प्रवाह या दिशेने जातो.तोपर्यंत, या विषयावरील लेख आणि इतर साहित्य मोठ्या संख्येने जमा झाले होते, संकल्पना, व्याख्या आणि कायदे दिसू लागले होते. आधीच प्रकाशित झालेल्या मोठ्या प्रमाणातील सामग्रीची उजळणी न करण्यासाठी, आम्ही फक्त इलेक्ट्रॉनच्या प्रवाहाच्या विरूद्ध करंटची दिशा घेतली.

जर विद्युत् प्रवाह सतत एकाच दिशेने वाहत असेल (अगदी ताकदीत बदलत असेल), तर त्याला म्हणतात सतत प्रवाह. जर त्याची दिशा बदलली तर आम्ही पर्यायी प्रवाहाबद्दल बोलत आहोत. व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये, साइन वेव्ह सारख्या काही कायद्यानुसार दिशा बदलते. जर वर्तमान प्रवाहाची दिशा अपरिवर्तित राहिली, परंतु ती वेळोवेळी शून्यापर्यंत कमी होत गेली आणि त्याच्या कमाल मूल्यापर्यंत वाढते, तर आम्ही स्पंदित प्रवाह (विविध स्वरूपांच्या) बद्दल बोलत आहोत.

सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह राखण्यासाठी पूर्वस्थिती

बंद सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाहाच्या अस्तित्वासाठी तीन अटी वर काढल्या गेल्या आहेत. त्यांचा अधिक तपशीलवार विचार केला पाहिजे.

मोफत शुल्क वाहक

विद्युत प्रवाहाच्या अस्तित्वासाठी पहिली आवश्यक अट म्हणजे विनामूल्य चार्ज वाहकांची उपस्थिती. चार्जेस त्यांच्या वाहकांपासून वेगळे अस्तित्वात नसतात, म्हणून आपण चार्ज वाहून नेऊ शकतील अशा कणांचा विचार केला पाहिजे.

समान प्रकारची चालकता (ग्रेफाइट इ.) असलेल्या धातू आणि इतर पदार्थांमध्ये हे मुक्त इलेक्ट्रॉन आहेत. ते न्यूक्लियसशी कमकुवतपणे संवाद साधतात आणि अणू सोडू शकतात आणि कंडक्टरमध्ये तुलनेने मुक्तपणे फिरू शकतात.

तसेच, फ्री इलेक्ट्रॉन अर्धसंवाहकांमध्ये चार्ज वाहक म्हणून काम करतात, परंतु काही प्रकरणांमध्ये आपण या वर्गाच्या घन पदार्थांच्या "छिद्र" चालकतेबद्दल बोलतो ("इलेक्ट्रॉनिक" च्या विरूद्ध). ही संकल्पना केवळ भौतिक प्रक्रियांचे वर्णन करण्यासाठी आवश्यक आहे; किंबहुना, सेमीकंडक्टरमधील विद्युत् प्रवाह ही इलेक्ट्रॉनची समान हालचाल असते. ज्या पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रॉन अणू सोडू शकत नाहीत डायलेक्ट्रिक्स. त्यांच्यामध्ये विद्युत प्रवाह निर्माण होत नाही.

द्रवपदार्थांमध्ये, सकारात्मक आणि नकारात्मक आयन चार्ज करतात. येथे आपण द्रव म्हणजे इलेक्ट्रोलाइट्स आहेत.उदाहरणार्थ, पाणी ज्यामध्ये मीठ विरघळते. पाणी स्वतःच विद्युतदृष्ट्या अगदी तटस्थ असते, परंतु घन आणि द्रव विरघळतात आणि विरघळतात (विघटन) होऊन सकारात्मक आणि नकारात्मक आयन तयार होतात. आणि वितळलेल्या धातूंमध्ये (उदा. पारा), समान इलेक्ट्रॉन चार्ज वाहक असतात.

वायू मुळात डायलेक्ट्रिक असतात. त्यांच्यामध्ये कोणतेही मुक्त इलेक्ट्रॉन नाहीत - वायूंमध्ये तटस्थ अणू आणि रेणू असतात. परंतु जर वायू आयनीकृत असेल तर आपण पदार्थाच्या चौथ्या एकूण स्थितीबद्दल बोलतो - प्लाझ्मा. त्यातही विद्युत प्रवाह वाहू शकतो; हे इलेक्ट्रॉन आणि आयनच्या निर्देशित हालचालीतून उद्भवते.

विद्युत् प्रवाह व्हॅक्यूममध्ये देखील वाहू शकतो (हे तत्त्व आहे ज्यावर उदा. इलेक्ट्रॉन ट्यूब आधारित आहेत). यासाठी इलेक्ट्रॉन किंवा आयन आवश्यक आहेत.

विद्युत क्षेत्र

विनामूल्य चार्ज वाहकांची उपस्थिती असूनही, बहुतेक माध्यम विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असतात. याचे कारण असे की ऋण (इलेक्ट्रॉन) आणि सकारात्मक (प्रोटॉन) कण समान अंतरावर असतात आणि त्यांची फील्ड एकमेकांना रद्द करतात. फील्ड तयार होण्यासाठी, शुल्क एका क्षेत्रात केंद्रित केले पाहिजे. जर इलेक्ट्रॉन एका (ऋण) इलेक्ट्रोडच्या क्षेत्रामध्ये केंद्रित असतील, तर विरुद्ध (सकारात्मक) इलेक्ट्रोडमध्ये त्यांची कमतरता असेल आणि एक फील्ड तयार होईल, ज्यामुळे चार्ज वाहकांवर कार्य करणारी शक्ती तयार होईल आणि त्यांना हलवावे लागेल.

चार्ज वाहकांसाठी तृतीय-पक्ष बल

आणि तिसरी अट अशी आहे की इलेक्ट्रोस्टॅटिक फील्डच्या दिशेच्या विरुद्ध दिशेने चार्जेस वाहून नेणारे एक बल असले पाहिजे, अन्यथा बंद प्रणालीमधील शुल्क त्वरीत समतोल होईल. या बाह्य शक्तीला इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स म्हणतात. त्याचे मूळ वेगळे असू शकते.

इलेक्ट्रोकेमिकल निसर्ग

या प्रकरणात, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांच्या परिणामी ईएमएफ उद्भवते. प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय असू शकतात. गॅल्व्हनिक सेल, सुप्रसिद्ध बॅटरी याचे उदाहरण आहे. अभिकर्मक संपल्यानंतर, ईएमएफ शून्यावर कमी होतो आणि बॅटरी "बंद" होते.

इतर प्रकरणांमध्ये, प्रतिक्रिया उलट करता येऊ शकतात.उदाहरणार्थ, बॅटरीमध्ये, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांच्या परिणामी EMF देखील उद्भवते. परंतु ते पूर्ण झाल्यानंतर प्रक्रिया पुन्हा सुरू केली जाऊ शकते - बाह्य विद्युत प्रवाहाच्या कृती अंतर्गत प्रतिक्रिया उलट क्रमाने जातील आणि बॅटरी पुन्हा करंट देण्यासाठी तयार होईल.

फोटोइलेक्ट्रिक निसर्ग

या प्रकरणात, सेमीकंडक्टर स्ट्रक्चर्समधील प्रक्रियांवर दृश्यमान, अल्ट्राव्हायोलेट किंवा इन्फ्रारेड किरणोत्सर्गाच्या प्रभावामुळे EMF होतो. अशा शक्ती फोटोसेल ("सौर पेशी") मध्ये उद्भवतात. बाह्य सर्किटमध्ये प्रकाशाची क्रिया विद्युत प्रवाह निर्माण करते.

थर्मोइलेक्ट्रिक निसर्ग

जर तुम्ही दोन भिन्न कंडक्टर घेतले, त्यांना एकत्र सोल्डर केले आणि जंक्शन पॉईंट गरम केले, तर हॉट जंक्शन (कंडक्टरचा जंक्शन पॉइंट) आणि कोल्ड जंक्शन यांच्यातील तापमानाच्या फरकामुळे सर्किटमध्ये एक EMF तयार होईल - विरुद्ध टोके. कंडक्टर अशा प्रकारे आपण केवळ वर्तमानच निर्माण करू शकत नाही तर तापमान मोजा उद्भवणारे EMF मोजून.

पायझोइलेक्ट्रिक निसर्ग.

जेव्हा विशिष्ट घन पदार्थ पिळून किंवा विकृत केले जातात तेव्हा उद्भवते. इलेक्ट्रिक लाइटर या तत्त्वावर कार्य करते.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक निसर्ग.

डीसी किंवा एसी जनरेटरसह औद्योगिकरित्या वीज निर्मिती करण्याचा सर्वात सामान्य मार्ग आहे. डीसी मशीनमध्ये, फ्रेमच्या आकाराचे आर्मेचर चुंबकीय क्षेत्रात फिरते, त्याच्या शक्तीच्या रेषा ओलांडते. हे EMF ला जन्म देते, जे रोटर गती आणि चुंबकीय प्रवाहावर अवलंबून असते. सराव मध्ये, मोठ्या संख्येने कॉइलचे आर्मेचर, मालिकेत जोडलेल्या अनेक फ्रेम्स तयार करतात. त्यांच्यामध्ये उद्भवणारे EMF एकत्र जोडले जातात.

वि अल्टरनेटर हेच तत्त्व वापरले जाते परंतु चुंबक (विद्युत किंवा कायमस्वरूपी) स्थिर चौकटीत फिरते. समान प्रक्रियांचा परिणाम स्टेटरमध्ये EMF देखील होतो. EMFज्याला सायनसॉइडल आकार असतो. औद्योगिक स्तरावर पर्यायी प्रवाहाची निर्मिती जवळजवळ नेहमीच वापरली जाते - वाहतूक आणि व्यावहारिक अनुप्रयोगांसाठी ते रूपांतरित करणे सोपे आहे.

अल्टरनेटरचा एक मनोरंजक गुणधर्म म्हणजे उलटता. यात हे तथ्य आहे की जर तुम्ही थर्ड-पार्टी स्त्रोताकडून जनरेटर टर्मिनल्सवर व्होल्टेज लागू केले तर त्याचा रोटर फिरू लागेल. याचा अर्थ असा की कनेक्शन योजनेवर अवलंबून, इलेक्ट्रिक मशीन एकतर जनरेटर किंवा इलेक्ट्रिक मोटर असू शकते.

विद्युत प्रवाहाच्या घटनेच्या या फक्त मूलभूत संकल्पना आहेत. किंबहुना, दिशात्मक इलेक्ट्रॉन हलवताना होणार्‍या प्रक्रिया अधिक जटिल असतात. त्यांना समजून घेण्यासाठी इलेक्ट्रोडायनामिक्सचा सखोल अभ्यास करावा लागेल.

संबंधित लेख: