विद्युत धारा क्या है सरल शब्दों में

यदि किसी माध्यम में मुक्त आवेश वाहक हैं (उदाहरण के लिए, किसी धातु में इलेक्ट्रॉन), तो वे विराम में नहीं होते हैं, लेकिन बेतरतीब ढंग से चलते हैं। लेकिन आप एक निश्चित दिशा में इलेक्ट्रॉनों को एक क्रमबद्ध तरीके से आगे बढ़ा सकते हैं। आवेशित कणों की इस निर्देशित गति को विद्युत धारा कहते हैं।

विद्युत धारा कैसे उत्पन्न होती है

यदि हम दो कंडक्टर लेते हैं, और उनमें से एक को नकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है (इसमें इलेक्ट्रॉनों को जोड़कर), और दूसरे को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है (इसमें से कुछ इलेक्ट्रॉनों को हटाकर), एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होगा। यदि आप दोनों इलेक्ट्रोड को एक कंडक्टर से जोड़ते हैं, तो क्षेत्र विद्युत बल वेक्टर की दिशा के अनुसार, इलेक्ट्रॉनों को विद्युत क्षेत्र वेक्टर की विपरीत दिशा में स्थानांतरित करने के लिए मजबूर करेगा। ऋणात्मक रूप से आवेशित कण उस इलेक्ट्रोड से चले जाएंगे जहां वे इलेक्ट्रोड से अधिक होते हैं जहां उनकी कमी होती है।

इलेक्ट्रॉन गति की घटना के लिए, दूसरे इलेक्ट्रोड को धनात्मक आवेश देना आवश्यक नहीं है। मुख्य बात यह है कि पहले वाले का नेगेटिव चार्ज ज्यादा होता है। 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, एक संभावित अंतर की बात करता है जो विद्युत प्रवाह का कारण बनता है।

पानी के सादृश्य से, यदि आप पानी से भरे दो जहाजों को अलग-अलग स्तरों से जोड़ते हैं, तो पानी की एक धारा दिखाई देगी। इसका दबाव स्तरों के अंतर पर निर्भर करेगा।

यह दिलचस्प है कि विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत इलेक्ट्रॉनों की अराजक गति आम तौर पर संरक्षित होती है, लेकिन आवेश वाहकों के द्रव्यमान की गति का सामान्य वेक्टर एक निर्देशित चरित्र प्राप्त करता है। यदि गति के "अराजक" घटक की गति कई दसियों या सैकड़ों किलोमीटर प्रति सेकंड है, तो दिशात्मक घटक कई मिलीमीटर प्रति मिनट है। लेकिन प्रभाव (जब इलेक्ट्रॉन कंडक्टर की लंबाई के साथ चलते हैं) प्रकाश की गति से फैलता है, इसलिए वे कहते हैं कि विद्युत प्रवाह 3 * 10 की गति से चलता है।⁸ मी/सेक.

उपरोक्त प्रयोग के ढांचे में, कंडक्टर में करंट लंबे समय तक मौजूद नहीं रहेगा - जब तक कि ऋणात्मक रूप से चार्ज किए गए कंडक्टर में अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन समाप्त नहीं हो जाते, और दोनों ध्रुवों पर उनकी संख्या संतुलित नहीं हो जाती। यह समय छोटा है - एक सेकंड के महत्वहीन अंश।

शुरू में ऋणात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड पर वापस जाने और वाहक पर अतिरिक्त चार्ज बनाने से वही विद्युत क्षेत्र नहीं मिलता है जो इलेक्ट्रॉनों को माइनस से प्लस में ले जाता है। इसलिए, एक बाहरी बल होना चाहिए जो विद्युत क्षेत्र की ताकत के खिलाफ काम कर रहा हो और उससे आगे निकल गया हो।पानी के समान, एक पंप होना चाहिए जो पानी के निरंतर प्रवाह को बनाने के लिए पानी को ऊपरी स्तर पर वापस पंप करे।

वर्तमान दिशा

प्लस से माइनस की दिशा को करंट की दिशा के रूप में लिया जाता है, अर्थात धन आवेशित कणों की गति 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 प्राप्त होने से 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 आए थे। पहले से प्रकाशित सामग्री की एक बड़ी मात्रा को संशोधित न करने के लिए, हमने केवल इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के विरुद्ध धारा की दिशा ली।

यदि धारा हर समय एक ही दिशा में प्रवाहित होती है (ताकत में भी परिवर्तनशील), तो इसे कहते हैं एकदिश धारा. अगर इसकी दिशा बदलती है, तो हम बात कर रहे हैं प्रत्यावर्ती धारा की। व्यावहारिक अनुप्रयोग में, दिशा कुछ कानून के अनुसार बदलती है, उदाहरण के लिए, एक साइनसॉइडल के अनुसार। यदि वर्तमान प्रवाह की दिशा अपरिवर्तित रहती है, लेकिन यह समय-समय पर शून्य हो जाती है और अधिकतम मूल्य तक बढ़ जाती है, तो हम एक स्पंदित धारा (विभिन्न आकृतियों 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 हैं। उन्हें और अधिक विस्तार से विचार करने की आवश्यकता है।

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 उन कणों पर विचार करना आवश्यक है जो चार्ज ले सकते हैं।

धातुओं और अन्य पदार्थों में एक 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 अंदर अपेक्षाकृत निर्बाध रूप से आगे बढ़ सकते हैं।

मुक्त इलेक्ट्रॉन अर्धचालकों में आवेश वाहक के रूप में भी काम करते हैं, लेकिन कुछ मामलों में वे ठोस के इस वर्ग की "छेद" चालकता की बात करते हैं ("इलेक्ट्रॉनिक" के विपरीत)। केवल भौतिक प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए इस अवधारणा की आवश्यकता है, वास्तव में, अर्धचालकों में वर्तमान इलेक्ट्रॉनों की समान गति है। वे पदार्थ जिनमें इलेक्ट्रॉन परमाणु नहीं छोड़ सकते हैं पारद्युतिक. उनमें कोई करंट नहीं है।

तरल पदार्थों में, सकारात्मक और नकारात्मक आयन चार्ज करते हैं। यह तरल पदार्थ - इलेक्ट्रोलाइट्स को संदर्भित करता है। उदाहरण के लिए, पानी जिसमें नमक घुल जाता है। अपने आप में, पानी विद्युत रूप से काफी तटस्थ होता है, लेकिन जब ठोस और तरल पदार्थ इसमें प्रवेश करते हैं, तो वे सकारात्मक और नकारात्मक आयनों को बनाने के लिए घुल जाते हैं और विघटित (अपघटित) हो जाते हैं। और पिघली हुई धातुओं में (उदाहरण के लिए, पारा में), आवेश वाहक एक ही इलेक्ट्रॉन होते हैं।

गैसें ज्यादातर डाइलेक्ट्रिक्स 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 वे पदार्थ के एकत्रीकरण की चौथी अवस्था की बात करते हैं - प्लाज्मा। इसमें एक विद्युत धारा भी प्रवाहित हो सकती है, यह इलेक्ट्रॉनों और आयनों की निर्देशित गति के दौरान होती है।

इसके अलावा, करंट एक निर्वात में प्रवाहित हो सकता है (उदाहरण के लिए, वैक्यूम ट्यूब की क्रिया इस सिद्धांत पर आधारित है)। इसके लिए इलेक्ट्रॉनों या आयनों की आवश्यकता होगी।

विद्युत क्षेत्र

फ्री चार्ज कैरियर्स की उपस्थिति के बावजूद, अधिकांश मीडिया विद्युत रूप से तटस्थ हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि नकारात्मक (इलेक्ट्रॉनों) और सकारात्मक (प्रोटॉन) कण समान रूप से स्थित हैं, और उनके क्षेत्र एक दूसरे की क्षतिपूर्ति करते हैं। किसी क्षेत्र के उत्पन्न होने के लिए, आवेशों को किसी क्षेत्र में केंद्रित किया जाना चाहिए। यदि इलेक्ट्रॉन एक (नकारात्मक) इलेक्ट्रोड के क्षेत्र में जमा हो गए हैं, तो विपरीत (सकारात्मक) इलेक्ट्रोड पर उनकी कमी होगी, और एक क्षेत्र उत्पन्न होगा जो चार्ज वाहक पर अभिनय करने वाला बल बनाता है और उन्हें स्थानांतरित करने के लिए मजबूर करता है।

शुल्क वहन करने के लिए तृतीय पक्ष बल

और तीसरी शर्त - एक बल होना चाहिए जो इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की दिशा के विपरीत दिशा में चार्ज करता है, 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 की घटना के परिणामस्वरूप ईएमएफ उत्पन्न होता है। प्रतिक्रियाएं अपरिवर्तनीय हो सकती हैं। एक उदाहरण गैल्वेनिक सेल है - एक प्रसिद्ध बैटरी। अभिकर्मकों के समाप्त होने के बाद, EMF शून्य हो जाता है, और बैटरी "बैठ जाती है"।

अन्य मामलों में, प्रतिक्रियाएं प्रतिवर्ती हो सकती हैं। तो, एक बैटरी में, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप EMF भी होता है। लेकिन पूरा होने पर, प्रक्रिया को फिर से शुरू किया जा सकता है - बाहरी विद्युत प्रवाह के प्रभाव में, प्रतिक्रियाएं रिवर्स ऑर्डर में होंगी, और बैटरी फिर से चालू करने के लिए तैयार हो जाएगी।

फोटोवोल्टिक प्रकृति

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

थर्मोइलेक्ट्रिक प्रकृति

यदि आप दो असमान कंडक्टर लेते हैं, उन्हें मिलाते हैं और जंक्शन को गर्म करते हैं, तो गर्म जंक्शन (कंडक्टरों के जंक्शन) और ठंडे जंक्शन के बीच तापमान अंतर के कारण सर्किट में एक ईएमएफ दिखाई देगा - कंडक्टर के विपरीत छोर। इस तरह, न केवल करंट उत्पन्न करना संभव है, बल्कि तापमान को मापें उभरते ईएमएफ को मापने के द्वारा।

पीजोइलेक्ट्रिक प्रकृति

तब होता है जब कुछ ठोस संकुचित या विकृत होते हैं। एक इलेक्ट्रिक लाइटर इसी सिद्धांत पर काम करता है।

विद्युतचुंबकीय प्रकृति

औद्योगिक रूप से बिजली पैदा 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, जो इसके बल की रेखाओं को पार करता है। इस मामले में, रोटर के घूर्णन की गति और चुंबकीय प्रवाह के आधार पर एक ईएमएफ उत्पन्न होता है। व्यवहार में, एंकर का उपयोग बड़ी संख्या में घुमावों से किया जाता है, जिससे श्रृंखला-जुड़े फ़्रेमों की बहुलता बनती है। उनमें उत्पन्न होने वाला ईएमएफ जोड़ देता है।

पर आवर्तित्र वही सिद्धांत लागू होता है, लेकिन एक चुंबक (विद्युत या स्थायी) निश्चित फ्रेम के अंदर घूमता है। स्टेटर में समान प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ईएमएफ, जिसमें एक साइनसॉइडल आकार होता है। औद्योगिक पैमाने पर, एसी पीढ़ी लगभग हमेशा उपयोग की जाती है - इसे परिवहन और व्यावहारिक उपयोग के लिए परिवर्तित करना आसान होता है।

जनरेटर का एक दिलचस्प गुण उत्क्रमणीयता है।यह इस तथ्य में शामिल है कि यदि बाहरी स्रोत से जनरेटर टर्मिनलों पर वोल्टेज लागू किया जाता है, तो इसका रोटर घूमना शुरू हो जाएगा। इसका मतलब है कि, कनेक्शन योजना के आधार पर, इलेक्ट्रिक मशीन या तो जनरेटर या इलेक्ट्रिक मोटर हो सकती है।

ये विद्युत प्रवाह जैसी घटना की मूल अवधारणाएँ हैं। वास्तव में, इलेक्ट्रॉनों की निर्देशित गति के दौरान होने वाली प्रक्रियाएं बहुत अधिक जटिल होती हैं। उन्हें समझने के लिए, विद्युतगतिकी के गहन अध्ययन की आवश्यकता है।

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