भौतिक घटनाओं की एक विशाल विविधता, सूक्ष्म और स्थूल दोनों, प्रकृति में विद्युत चुम्बकीय हैं। इनमें घर्षण और लोच के बल, सभी रासायनिक प्रक्रियाएं, बिजली, चुंबकत्व, प्रकाशिकी शामिल हैं।
विद्युत चुम्बकीय संपर्क की ऐसी अभिव्यक्तियों में से एक आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति है। यह हमारे जीवन के संगठन से लेकर अंतरिक्ष उड़ानों तक - विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग की जाने वाली लगभग सभी आधुनिक तकनीकों का एक अत्यंत आवश्यक तत्व है।
घटना की सामान्य अवधारणा
आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति को विद्युत धारा कहते हैं। आवेशों का ऐसा संचलन कुछ कणों, कभी-कभी अर्ध-कणों के माध्यम से विभिन्न माध्यमों में किया जा सकता है।
वर्तमान के लिए एक पूर्वापेक्षा हैठीक व्यवस्थित, निर्देशित आंदोलन। आवेशित कण वे वस्तुएं हैं जिनमें (साथ ही तटस्थ वाले) थर्मल अराजक गति होती हैं। हालाँकि, करंट तभी आता है, जब इस निरंतर अराजक प्रक्रिया की पृष्ठभूमि के खिलाफ, किसी दिशा में आवेशों की सामान्य गति होती है।
जब कोई पिंड चलता है, संपूर्ण रूप से विद्युत रूप से तटस्थ, उसके परमाणुओं और अणुओं में कण, निश्चित रूप से एक दिशा में चलते हैं, लेकिन चूंकि एक तटस्थ वस्तु में विपरीत चार्ज एक दूसरे की क्षतिपूर्ति करते हैं, इसलिए कोई चार्ज ट्रांसफर नहीं होता है, और हम वर्तमान के बारे में बात कर सकते हैं इस मामले में भी कोई मतलब नहीं है।
करंट कैसे उत्पन्न होता है
प्रत्यक्ष वर्तमान उत्तेजना के सरलतम संस्करण पर विचार करें। यदि किसी ऐसे माध्यम पर विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है जहां सामान्य स्थिति में आवेश वाहक मौजूद होते हैं, तो उसमें आवेशित कणों की एक क्रमबद्ध गति शुरू हो जाएगी। घटना को चार्ज ड्रिफ्ट कहा जाता है।
इसे संक्षेप में इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है। क्षेत्र के विभिन्न बिंदुओं पर, एक संभावित अंतर (वोल्टेज) उत्पन्न होता है, अर्थात, इन बिंदुओं पर स्थित विद्युत आवेशों की क्षेत्र के साथ परस्पर क्रिया की ऊर्जा, इन आवेशों के परिमाण से संबंधित होती है। चूंकि किसी भी भौतिक प्रणाली, जैसा कि ज्ञात है, संतुलन की स्थिति के अनुरूप न्यूनतम संभावित ऊर्जा की ओर जाता है, आवेशित कण क्षमता के समीकरण की ओर बढ़ना शुरू कर देंगे। दूसरे शब्दों में, इन कणों को स्थानांतरित करने के लिए क्षेत्र कुछ कार्य करता है।
जब क्षमता बराबर हो जाती है, तो तनाव गायब हो जाता हैविद्युत क्षेत्र - यह गायब हो जाता है। उसी समय, आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति, धारा भी रुक जाती है। एक स्थिर, यानी समय-स्वतंत्र क्षेत्र प्राप्त करने के लिए, एक वर्तमान स्रोत का उपयोग करना आवश्यक है, जिसमें कुछ प्रक्रियाओं (उदाहरण के लिए, रासायनिक) में ऊर्जा की रिहाई के कारण, आवेशों को लगातार अलग किया जाता है और उन्हें खिलाया जाता है ध्रुव, एक विद्युत क्षेत्र के अस्तित्व को बनाए रखते हैं।
वर्तमान विभिन्न तरीकों से प्राप्त किया जा सकता है। तो, चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन इसमें पेश किए गए संवाहक सर्किट में आवेशों को प्रभावित करता है और उनके निर्देशित आंदोलन का कारण बनता है। ऐसी धारा को आगमनात्मक कहा जाता है।
वर्तमान की मात्रात्मक विशेषताएं
मुख्य पैरामीटर जिसके द्वारा धारा को मात्रात्मक रूप से वर्णित किया जाता है, वह है धारा की ताकत (कभी-कभी वे "मूल्य" या बस "वर्तमान" कहते हैं)। इसे बिजली की मात्रा (आवेश की मात्रा या प्राथमिक शुल्क की संख्या) के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो एक निश्चित सतह के माध्यम से प्रति यूनिट समय में गुजरती है, आमतौर पर एक कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के माध्यम से: I=Q / t। करंट को एम्पीयर में मापा जाता है: 1 A \u003d 1 C / s (कूलम्ब प्रति सेकंड)। विद्युत सर्किट के खंड में, वर्तमान ताकत सीधे संभावित अंतर से संबंधित है और इसके विपरीत - कंडक्टर के प्रतिरोध के लिए: I \u003d U / R। एक पूर्ण परिपथ के लिए, यह निर्भरता (ओम का नियम) I=/R+r के रूप में व्यक्त की जाती है, जहां स्रोत का विद्युत वाहक बल है और r इसका आंतरिक प्रतिरोध है।
कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन के लिए वर्तमान ताकत का अनुपात जिसके माध्यम से आवेशित कणों की गति इसके लंबवत होती है, वर्तमान घनत्व कहलाती है: j=I/S=क्यू / सेंट। यह मान एक इकाई क्षेत्र के माध्यम से प्रति यूनिट समय में प्रवाहित होने वाली बिजली की मात्रा को दर्शाता है। क्षेत्र की ताकत ई और माध्यम की विद्युत चालकता जितनी अधिक होगी, वर्तमान घनत्व उतना ही अधिक होगा: j=E। वर्तमान ताकत के विपरीत, यह मात्रा वेक्टर है, और कणों की गति के साथ एक दिशा होती है जो सकारात्मक चार्ज करती है।
वर्तमान दिशा और बहाव दिशा
एक विद्युत क्षेत्र में, कूलम्ब बलों के प्रभाव में आवेश वाली वस्तुएं, आवेश के संकेत के विपरीत, वर्तमान स्रोत के ध्रुव पर एक क्रमबद्ध गति करेंगी। आवेशित कण ऋणात्मक ध्रुव ("माइनस") की ओर बढ़ते हैं और, इसके विपरीत, मुक्त ऋणात्मक आवेश स्रोत के "प्लस" की ओर आकर्षित होते हैं। यदि चालक माध्यम में दोनों राशियों के आवेश वाहक हों तो कण भी एक साथ दो विपरीत दिशाओं में गति कर सकते हैं।
ऐतिहासिक कारणों से, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि वर्तमान को सकारात्मक चार्ज करने के तरीके को निर्देशित किया जाता है - "प्लस" से "माइनस" तक। भ्रम से बचने के लिए, यह याद रखना चाहिए कि यद्यपि धातु के कंडक्टरों में करंट के सबसे परिचित मामले में, कणों की वास्तविक गति - इलेक्ट्रॉनों - होती है, निश्चित रूप से, विपरीत दिशा में, यह सशर्त नियम हमेशा लागू होता है।
वर्तमान प्रसार और बहाव गति
अक्सर यह समझने में समस्या होती है कि करंट कितनी तेजी से चलता है। दो अलग-अलग अवधारणाओं को भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए: वर्तमान के प्रसार की गति (विद्युत)संकेत) और कणों का बहाव वेग - आवेश वाहक। पहली वह गति है जिस पर विद्युत चुम्बकीय संपर्क संचरित होता है या - जो समान है - क्षेत्र फैलता है। यह निर्वात में प्रकाश की गति के करीब (प्रसार माध्यम को ध्यान में रखते हुए) है और लगभग 300,000 किमी/सेकेंड है।
कण बहुत धीमी गति से अपनी क्रमबद्ध गति करते हैं (10-4–10-3 मी/सेकण्ड)। बहाव वेग उस तीव्रता पर निर्भर करता है जिसके साथ उन पर लागू विद्युत क्षेत्र कार्य करता है, लेकिन सभी मामलों में यह कणों के थर्मल यादृच्छिक गति के वेग से कम परिमाण के कई क्रम हैं (105 -106मी/सेक)। यह समझना महत्वपूर्ण है कि क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, सभी मुक्त आवेशों का एक साथ बहाव शुरू होता है, इसलिए पूरे कंडक्टर में करंट तुरंत दिखाई देता है।
वर्तमान के प्रकार
सबसे पहले, धाराओं को समय के साथ चार्ज वाहकों के व्यवहार से अलग किया जाता है।
- एक स्थिर धारा वह धारा है जो न तो परिमाण (शक्ति) या कण गति की दिशा को बदलती है। यह आवेशित कणों को स्थानांतरित करने का सबसे आसान तरीका है, और यह हमेशा विद्युत प्रवाह के अध्ययन की शुरुआत है।
- अल्टरनेटिंग करंट में ये पैरामीटर समय के साथ बदलते हैं। इसकी पीढ़ी विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटना पर आधारित है जो चुंबकीय क्षेत्र के परिवर्तन (घूर्णन) के कारण एक बंद सर्किट में होती है। इस मामले में विद्युत क्षेत्र समय-समय पर तीव्रता वेक्टर को उलट देता है। तदनुसार, संभावितों के संकेत बदलते हैं, और उनका मूल्य "प्लस" से "माइनस" तक शून्य सहित सभी मध्यवर्ती मूल्यों से गुजरता है। नतीजतनघटना, आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति हर समय दिशा बदलती है। इस तरह के करंट का परिमाण अधिकतम से न्यूनतम तक (आमतौर पर साइनसॉइडली, यानी हार्मोनिक रूप से) उतार-चढ़ाव करता है। प्रत्यावर्ती धारा में आवृत्ति के रूप में इन दोलनों की गति की इतनी महत्वपूर्ण विशेषता है - प्रति सेकंड परिवर्तन के पूर्ण चक्रों की संख्या।
इस सबसे महत्वपूर्ण वर्गीकरण के अलावा, धाराओं के बीच अंतर को इस तरह के मानदंड के अनुसार भी बनाया जा सकता है जैसे कि माध्यम के संबंध में आवेश वाहकों की गति की प्रकृति जिसमें वर्तमान का प्रसार होता है।
चालन धाराएं
धारा का सबसे प्रसिद्ध उदाहरण एक शरीर (माध्यम) के अंदर विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत आवेशित कणों की क्रमबद्ध, निर्देशित गति है। इसे चालन धारा कहते हैं।
ठोस (धातु, ग्रेफाइट, कई जटिल सामग्री) और कुछ तरल पदार्थ (पारा और अन्य धातु पिघलते हैं) में, इलेक्ट्रॉन मोबाइल चार्ज कण होते हैं। एक चालक में एक क्रमबद्ध गति किसी पदार्थ के परमाणुओं या अणुओं के सापेक्ष उनका बहाव है। इस प्रकार की चालकता को इलेक्ट्रॉनिक कहा जाता है। अर्धचालकों में, इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण चार्ज ट्रांसफर भी होता है, लेकिन कई कारणों से वर्तमान का वर्णन करने के लिए एक छेद की अवधारणा का उपयोग करना सुविधाजनक है - एक सकारात्मक क्वासिपार्टिकल, जो एक चलती इलेक्ट्रॉन रिक्ति है।
इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान में, नकारात्मक और सकारात्मक आयनों के अलग-अलग ध्रुवों - एनोड और कैथोड, जो समाधान का हिस्सा हैं, की ओर बढ़ने के कारण करंट का प्रवाह होता है।
ट्रांसफर करेंट
गैस - सामान्य परिस्थितियों में एक ढांकता हुआ - पर्याप्त रूप से मजबूत आयनीकरण के अधीन होने पर एक कंडक्टर भी बन सकता है। गैस विद्युत चालकता मिश्रित है। एक आयनित गैस पहले से ही एक प्लाज्मा है जिसमें इलेक्ट्रॉन और आयन, यानी सभी आवेशित कण चलते हैं। उनकी क्रमबद्ध गति एक प्लाज्मा चैनल बनाती है और इसे गैस डिस्चार्ज कहा जाता है।
आवेशों का प्रत्यक्ष संचलन न केवल वातावरण के अंदर हो सकता है। मान लीजिए कि इलेक्ट्रॉनों या आयनों का एक बीम एक सकारात्मक या नकारात्मक इलेक्ट्रोड से उत्सर्जित निर्वात में घूम रहा है। इस घटना को इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कहा जाता है और इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, वैक्यूम उपकरणों में। बेशक, यह हलचल एक करंट है।
एक अन्य मामला विद्युत आवेशित मैक्रोस्कोपिक बॉडी की गति है। यह भी करंट है, क्योंकि ऐसी स्थिति निर्देशित चार्ज ट्रांसफर की शर्त को पूरा करती है।
उपरोक्त सभी उदाहरणों को आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति के रूप में माना जाना चाहिए। इस धारा को संवहन या स्थानांतरण धारा कहते हैं। इसके गुण, उदाहरण के लिए, चुंबकीय, पूरी तरह से चालन धाराओं के समान हैं।
पूर्वाग्रह वर्तमान
एक ऐसी घटना है जिसका चार्ज ट्रांसफर से कोई लेना-देना नहीं है और वहां होता है जहां एक समय-भिन्न विद्युत क्षेत्र होता है जिसमें "वास्तविक" चालन या स्थानांतरण धाराओं की संपत्ति होती है: यह एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र को उत्तेजित करता है। ये हैहोता है, उदाहरण के लिए, संधारित्रों की प्लेटों के बीच प्रत्यावर्ती धारा परिपथों में। घटना ऊर्जा के हस्तांतरण के साथ होती है और इसे विस्थापन धारा कहा जाता है।
वास्तव में, यह मान दर्शाता है कि विद्युत क्षेत्र प्रेरण कितनी जल्दी एक निश्चित सतह पर अपने वेक्टर की दिशा के लंबवत बदलता है। विद्युत प्रेरण की अवधारणा में क्षेत्र की ताकत और ध्रुवीकरण वैक्टर शामिल हैं। निर्वात में केवल तनाव का ही ध्यान रखा जाता है। पदार्थ में विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं के लिए, अणुओं या परमाणुओं का ध्रुवीकरण, जिसमें, एक क्षेत्र के संपर्क में आने पर, बाध्य (मुक्त नहीं!) आवेशों की गति होती है, एक ढांकता हुआ या कंडक्टर में विस्थापन धारा में कुछ योगदान देता है।
नाम की उत्पत्ति 19वीं शताब्दी में हुई थी और यह सशर्त है, क्योंकि वास्तविक विद्युत प्रवाह आवेशित कणों की एक क्रमबद्ध गति है। विस्थापन धारा का आवेश बहाव से कोई लेना-देना नहीं है। इसलिए, कड़ाई से बोलते हुए, यह करंट नहीं है।
वर्तमान की अभिव्यक्तियाँ (क्रियाएँ)
आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति हमेशा कुछ भौतिक घटनाओं के साथ होती है, जिसका उपयोग वास्तव में यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि यह प्रक्रिया हो रही है या नहीं। ऐसी घटनाओं (वर्तमान क्रियाओं) को तीन मुख्य समूहों में विभाजित करना संभव है:
- चुंबकीय क्रिया। एक गतिमान विद्युत आवेश आवश्यक रूप से एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। यदि आप एक कंडक्टर के बगल में एक कंपास रखते हैं जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है, तो तीर इस धारा की दिशा में लंबवत हो जाएगा। इस घटना के आधार पर, विद्युत चुम्बकीय उपकरण संचालित होते हैं, उदाहरण के लिए, विद्युत ऊर्जा को परिवर्तित करने की अनुमति देते हैंयांत्रिक में।
- थर्मल प्रभाव। करंट कंडक्टर के प्रतिरोध को दूर करने का काम करता है, जिसके परिणामस्वरूप तापीय ऊर्जा निकलती है। ऐसा इसलिए है, क्योंकि बहाव के दौरान आवेशित कण क्रिस्टल जाली या कंडक्टर अणुओं के तत्वों पर बिखरने का अनुभव करते हैं और उन्हें गतिज ऊर्जा देते हैं। यदि धातु की जाली, मान लीजिए, पूरी तरह से नियमित थी, तो इलेक्ट्रॉन व्यावहारिक रूप से इसे नोटिस नहीं करेंगे (यह कणों की तरंग प्रकृति का परिणाम है)। हालांकि, सबसे पहले, जाली साइटों में परमाणु स्वयं थर्मल कंपन के अधीन होते हैं जो इसकी नियमितता का उल्लंघन करते हैं, और दूसरी बात, जाली दोष - अशुद्धता परमाणु, अव्यवस्था, रिक्तियां - भी इलेक्ट्रॉनों की गति को प्रभावित करती हैं।
- इलेक्ट्रोलाइट्स में रासायनिक क्रिया देखी जाती है। विपरीत रूप से चार्ज किए गए आयन, जिसमें विद्युत क्षेत्र लागू होने पर इलेक्ट्रोलाइटिक समाधान अलग हो जाता है, विपरीत इलेक्ट्रोड से अलग हो जाते हैं, जिससे इलेक्ट्रोलाइट का रासायनिक अपघटन होता है।
सिवाय इसके कि जब आवेशित कणों की क्रमबद्ध गति वैज्ञानिक अनुसंधान का विषय हो, तो यह एक व्यक्ति को इसके स्थूल अभिव्यक्तियों में रुचि रखता है। यह वर्तमान ही नहीं है जो हमारे लिए महत्वपूर्ण है, बल्कि ऊपर सूचीबद्ध घटनाएं, जो विद्युत ऊर्जा के अन्य रूपों में परिवर्तन के कारण होती हैं।
सभी वर्तमान क्रियाएं हमारे जीवन में दोहरी भूमिका निभाती हैं। कुछ मामलों में, लोगों और उपकरणों को उनसे बचाना आवश्यक है, दूसरों में, विद्युत आवेशों के निर्देशित हस्तांतरण के कारण एक या दूसरे प्रभाव को प्राप्त करना प्रत्यक्ष है।तकनीकी उपकरणों की एक विस्तृत विविधता का उद्देश्य।
